專利名稱：360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電元器件中的高光效光致發(fā)光二極管，尤其是一種360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有光致發(fā)光二極管的基本構(gòu)成，以白光發(fā)光二極管為例，其基本構(gòu)成為發(fā)光二極管支架(2)中反光杯(4)內(nèi)，固有半導(dǎo)體發(fā)光芯片(3)，在反光杯(4)中點入光致發(fā)光熒光粉(5)，然后灌封透明環(huán)氧膠(1)，從而構(gòu)成白光發(fā)光二極管。目前白光發(fā)光二極管采用的混色原理蘭光+黃光＝白光。
現(xiàn)有白光發(fā)光二極管，光路傳輸路徑為在發(fā)光二極管支架(2)的管腳上加電壓，半導(dǎo)體發(fā)光芯片(3)發(fā)光(常見發(fā)蘭光)，該短波長光激發(fā)光致發(fā)光熒光粉(5)發(fā)光(常見為黃光)，這個過程又稱為光致發(fā)光，所得到的白光為復(fù)合光。該白光在透明環(huán)氧(1)(介質(zhì)n1)內(nèi)傳輸，經(jīng)反光杯(4)以及透明環(huán)氧膠(1)成型的凸透鏡會聚成一束方向性強的白光，該白光具“α立體角”(又稱功率角)。(見圖1)從以上舉例的白光發(fā)光二極管的基本結(jié)構(gòu)，我們可以知道，現(xiàn)有的白光發(fā)光二極管存在以下問題第一.不能實現(xiàn)360度體發(fā)光；第二.經(jīng)過反光杯(4)反射和多次反射后的光，其光能光損失較大；第三.光在透明環(huán)氧介質(zhì)n1與介質(zhì)n2(空氣)介面上傳輸時，由于介質(zhì)n1和介質(zhì)n2的“折射率差”較大，所以白光的出光效率低；第四.介質(zhì)n1和介質(zhì)n2界面產(chǎn)生的反射光同樣也損失掉。(見圖1)
業(yè)界為實現(xiàn)360°體發(fā)光，在發(fā)光二極管的透明環(huán)氧膠(1)中加入擴散劑或色料，以期實現(xiàn)360°體發(fā)光，但這種方法無疑嚴(yán)重影響發(fā)光效率。隨著發(fā)光二極管，特別是白光發(fā)光二極管進入照明市場，因而對白光發(fā)光二級管的光效及光傳輸方式有了更高的要求。而現(xiàn)有的白光發(fā)光二極管將受到更多的限制。

發(fā)明內(nèi)容
(一)發(fā)明的目的本發(fā)明旨在提供一種具有360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，該發(fā)明解決了現(xiàn)有光致發(fā)光二極管封裝技術(shù)及封裝結(jié)構(gòu)上存在的低光效單向發(fā)光的問題，使光致發(fā)光二極管，特別是白光發(fā)光二極管在照明領(lǐng)域的應(yīng)用前景更為寬廣。
(二)發(fā)明所依據(jù)的基本原理本發(fā)明所依據(jù)的基本原理發(fā)光二極管芯片本身具有的發(fā)光特性為體發(fā)光或近似發(fā)光；其二.依據(jù)光致發(fā)光的原理；其三.依據(jù)光的混色原理；其四.依據(jù)幾何光學(xué)折射與反射定律。
(三)360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管基本構(gòu)成本發(fā)明依據(jù)上述基本原理，發(fā)明了“360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管”，其基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖2。
本發(fā)明由不帶反光杯的發(fā)光二極管支架，半導(dǎo)體發(fā)光芯片，導(dǎo)線，透明環(huán)氧膠，光致發(fā)光熒光粉，以及透明粘接膠構(gòu)成。在該基本結(jié)構(gòu)中，若透明粘接膠的硬度、機械強度、耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性不夠時，可在透明粘接膠所形成的外表面封透明保護材料。(參見圖6)
(四)360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管實現(xiàn)過程(見圖2)在發(fā)光二極管支架上固有半導(dǎo)體發(fā)光芯片，且兩者經(jīng)過導(dǎo)線完成電路聯(lián)接。然后用透明環(huán)氧膠灌封成型，從而構(gòu)成“發(fā)光二極管”。將透明粘接膠與光致發(fā)光熒光粉，按一定比例混合攪拌均勻并脫氣后，配制成“熒光粉膠液”。再將“發(fā)光二極管”浸入“熒光粉膠液”中，并使“發(fā)光二極管”的透明環(huán)氧膠的表面完全涂覆(附著)上“熒光粉膠液”。固化后，在透明環(huán)氧膠的表面就形成了一層由“透明粘接膠與光致發(fā)光熒光粉”所構(gòu)成的一層“薄膜體”。為保護該“薄膜體”，在其上用透明保護材料固化成保護層(也可以是具形體的保護體)。該保護層(保護體)具有高透光、高硬度機械強度、高耐磨性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性。(參見圖6)(五)本發(fā)明的360度(體發(fā)光)發(fā)光機理在發(fā)光二極管支架兩端加上電壓、電流經(jīng)導(dǎo)線，使半導(dǎo)體發(fā)光芯片發(fā)光，而半導(dǎo)體發(fā)光芯片自身具有體發(fā)光或近似體發(fā)光的特征，且“薄膜體”完全涂覆在透明環(huán)氧膠的外表面上。依據(jù)光致發(fā)光原理被半導(dǎo)體發(fā)光芯片激發(fā)的光致發(fā)光熒光粉所發(fā)出的光分布在“薄膜體”上，同樣屬360度體發(fā)光。故經(jīng)空間混合后的復(fù)合光，實現(xiàn)了360度體發(fā)光。(見圖2)(六)本發(fā)明高光效的實現(xiàn)機理實現(xiàn)360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管高光效，由于去掉了反光杯，從而減少了半導(dǎo)體發(fā)光芯片與光致發(fā)光熒光粉所發(fā)出的光，在反光杯中反射造成的光能損失；另一個原因就是充分利用了透明環(huán)氧膠成型后形成的光學(xué)腔中半導(dǎo)體發(fā)光芯片產(chǎn)生的反射光，使這部分反射光作為能量源參與激發(fā)光致發(fā)光熒光粉；第三個原因就是在透明環(huán)氧膠(介質(zhì)n1)與“透明粘接膠與光致發(fā)光熒光粉”的界面處，形成的介質(zhì)n3，以透明粘接膠選用材料為“有機硅樹脂粘接膠”為例，有機硅樹脂的折射率(n3)為1.38～1.39，而透明環(huán)氧膠的折射率(n1)為1.45，介質(zhì)n1與n3的“折射率差”值較小，從而使半導(dǎo)體發(fā)光芯片的出光效率提高，相應(yīng)地增大了激發(fā)光致發(fā)光熒光粉的光能，因此實現(xiàn)了高光效的目的。
360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管適用于由紫光、蘭光激發(fā)光致發(fā)光熒光粉發(fā)出復(fù)合光，激發(fā)光源的光波波長260nm～480nm。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是現(xiàn)有光致發(fā)光二極管示意圖；圖2是本實施例示意圖；圖3是本實施例方法二第一次浸泡示意圖；圖4是本實施例方法二第一次固化后示意圖；圖5是本實施例方法二第二次浸泡示意圖；圖6是透明保護材料成型方式示意圖。
圖中1.透明環(huán)氧膠；2.發(fā)光二極管支架；3.半導(dǎo)體發(fā)光芯片；4.反光杯；5.光致發(fā)光熒光粉；6.導(dǎo)線；7.透明保護材料；8.透明粘接膠；9.發(fā)光二極管；10.熒光粉膠液；11.薄膜體；12.發(fā)光二極管支架。
具體實施例方式
參照圖2，本實施例由透明環(huán)氧膠1、半導(dǎo)體發(fā)光芯片3、光致發(fā)光熒光粉5、導(dǎo)線6、透明保護材料7、透明粘接膠8、發(fā)光二極管支架12組成。
其中由透明環(huán)氧膠1、半導(dǎo)體發(fā)光芯片3、導(dǎo)線6、發(fā)光二極管支架12組成的發(fā)光二極管9，該組成工藝屬于傳統(tǒng)的制造工藝。在實現(xiàn)360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管中，關(guān)鍵的實施方法就是“透明粘接膠8與光致發(fā)光熒光粉5”在透明環(huán)氧膠1表面涂覆并固化成“薄膜體11”。
由于發(fā)光二極管制造行業(yè)中，在透明環(huán)氧膠1成型時，廣泛采用“脫模劑”脫模，再加之固化成型后的透明環(huán)氧膠1表面光滑，因而增加了“薄膜體11”的形成難度，針對這個問題我們采取了如下措施方法一、對透明環(huán)氧膠1表面“毛玻璃化處理”經(jīng)“毛玻璃化處理”后的發(fā)光二極管9與處理前的光通量值對比后發(fā)現(xiàn)，處理后的發(fā)光二極管9的光通量下降1.58％，但“毛玻璃化處理”后的發(fā)光二極管9采用一次涂覆(如圖3)。使涂覆層完全包覆在透明環(huán)氧膠1的外表面，固化后，所得到的“薄膜體11”成膜效果好。(本實施例中透明粘接膠8選用有機硅樹脂粘接膠)方法二、對透明環(huán)氧膠1表面作兩次涂覆發(fā)光二極管9無需“毛玻璃化處理”，而采取兩次涂覆(圖3、圖4、圖5)的方法為第一次將發(fā)光二極管9完全浸入低濃度的“熒光粉膠液”10中，固化后使之形成(圖4)效果，由于光致發(fā)光熒光粉5在“熒光粉膠液”10中，仍然是以晶體狀存在，因而固化后形成的“薄膜體”11的表面也相對粗糙；第二次將具粗糙面的發(fā)光二極管9再次浸入濃度較高的“熒光粉膠液”10中(見圖5)，然后固化，經(jīng)兩次涂覆后所得到的“薄膜體”11具有較高的光通量，但形成的“薄膜體”11不如方法1均勻。(本實施例中，透明粘接膠8選用有機硅樹脂粘接劑)
3、方法三透明粘接膠8選用光敏光學(xué)膠。
光敏光學(xué)膠具有環(huán)氧樹脂的強度高，收縮率小，化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，又具有不飽和聚脂樹脂的粘度小，浸潤性好的工藝性能，在光照射下固化快的特點，采用一次或兩次涂覆后形成的“薄膜體”11較易控制，且無需對透明環(huán)氧膠的表面采取“毛玻璃化處理”。同樣采取涂覆方法，所得到的“薄膜體”11均勻，且成膜性也較理想，但成本較高。
從上述三種形成“薄膜體11”的方法可知，實現(xiàn)“薄膜體11”的工藝方法和選擇的材料有多種多樣，各具所長。
關(guān)于透明保護材料7的成型透明保護材料7所用材料，其選擇的范圍很大，可以用透明環(huán)氧膠，也可以用有機硅樹脂粘接膠等等，而且它的成型方式也有多種多樣，可以形成保護膜，也可以形成保護體(參見圖6)。若360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管所選用的透明粘接膠8，其硬度、機械強度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性足夠時，透明保護材料7也可以不要。
本發(fā)明與現(xiàn)有光致發(fā)光二極管比較以下光致發(fā)光二極管選用白光發(fā)光二極管作對比工作電流If＝20mA，工作電壓Vf＝3.2～3.35伏。
一)光發(fā)散角度(半功率角)


二)光效

注1、我們用波長為460-465nm，蘭光ITO芯片，光強為90-100mcd，制成φ5mm，360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管(白光)，所得到的光效達至77流明/瓦。
2、本發(fā)明提供的光參數(shù)數(shù)據(jù)，均由中國計量學(xué)院光電子研究所生產(chǎn)的JF-II型LED光電參數(shù)測試儀以及φ90mm積分球測得。
權(quán)利要求
1.360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，其特征在于它由透明環(huán)氧膠(1)、半導(dǎo)體發(fā)光芯片(3)、光致發(fā)光熒光粉(5)、導(dǎo)線(6)、透明粘接膠(8)、發(fā)光二極管支架(12)組成，透明環(huán)氧膠(1)外表面涂覆有由透明粘接膠(8)與光致發(fā)光熒光粉(5)形成的薄膜體(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，其特征在于半導(dǎo)體發(fā)光芯片(3)適用于光波波長為260nm-480nm的紫光、蘭光半導(dǎo)體發(fā)光芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，其特征在于適用于以半導(dǎo)體發(fā)光芯片為激發(fā)能量源激發(fā)光致發(fā)光熒光粉所形成的復(fù)合光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，其特征在于透明環(huán)氧膠(1)的表面“毛玻璃化處理”。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，其特征在于薄膜體(11)的外表面涂覆透明保護材料(7)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有360度(體發(fā)光)高光效光致發(fā)光二極管，該發(fā)明解決了現(xiàn)有光致發(fā)光二極管封裝技術(shù)及封裝結(jié)構(gòu)上存在的低光效單向發(fā)光的問題，使光致發(fā)光二極管，特別是白光發(fā)光二極管在照明領(lǐng)域的應(yīng)用前景更為寬廣。它由不帶反光杯的發(fā)光二極管支架，半導(dǎo)體發(fā)光芯片，導(dǎo)線，透明環(huán)氧膠，光致發(fā)光熒光粉，以及透明粘接膠構(gòu)成。在該基本結(jié)構(gòu)中，若透明粘接膠的硬度、機械強度、耐磨性以及化學(xué)穩(wěn)定性不夠時，可在透明粘接膠所形成的外表面封透明保護材料。
文檔編號H01L33/50GK1665038SQ20041005248
公開日2005年9月7日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者陳建偉 申請人:陳建偉