本發(fā)明屬于發(fā)光二極管(LED)封裝技術領域，具體涉及一種LED封裝結構及其制備方法。

背景技術：

發(fā)光二極管(LED)是一種半導體制造技術加工的電致發(fā)光器件，被廣泛應用于各種領域，包括背光單元、汽車、電信號、交通信號燈、以及照明裝置等，被譽為替代熒光燈和白熾燈的第四代照明光源。

當前市場上主流的商品化白光LED是采用藍光LED芯片加上黃色熒光粉、綠色熒光粉、紅色熒光粉一種或多種來實現(xiàn)，具體的，LED芯片在電流驅動下發(fā)出的藍光激發(fā)熒光粉，使其產(chǎn)生其它波段的可見光，這些可見光跟藍光混合后形成了白光。

LED封裝的一個關鍵問題在于熒光粉必須均勻地涂敷在LED芯片表面，否則會出現(xiàn)光色不均勻的光斑現(xiàn)象。對于典型的LED封裝結構，如圖1所示，LED芯片放置在支架的反光杯內(nèi)，支架作為電極實現(xiàn)電連接，同時提供了導熱通道，在反光杯內(nèi)涂敷光轉換層，依據(jù)涂敷量的差異，表面可成平面、凹面或者凸面，然而，該結構的缺陷在于熒光粉厚度的不均勻性，中心處熒光粉少，側面的熒光粉多；如圖2所示，在從中心點0°到±90°處，藍光的強度越來越小，黃光的強度越來越大，表現(xiàn)為空間色溫的一致性差，即中心色溫高、側面色溫低。

針對上述的熒光粉涂敷不均勻的缺陷，Lumileds公司推出保型涂敷結構(如圖3所示)，熒光粉可均勻地覆蓋在芯片上表面，較好的解決了光色不均勻的問題。然而，該結構仍然不能根本解決藍光在光轉換層中傳播路徑存在光程差問題，尤其是LED芯片側面的光轉換層不能很好地覆蓋LED芯片，在芯片頂角處熒光粉相對少，導致側面的藍光過多，色溫空間分布有很大的差異(如圖4所示)；而且，LED芯片側面的藍光與其激發(fā)熒光粉發(fā)出的其它可見光不能充分混合成白光，導致其白光亮度更低。

LED封裝的另一個關鍵技術是散熱，若溫度過高，會同時影響熒光粉的發(fā)光效率。而熒光粉一般與LED芯片直接接觸，LED芯片發(fā)出的光直接激發(fā)熒光粉，LED芯片本身的一部分熱量會加載到熒光粉上，而熒光粉在光轉換過程中也會產(chǎn)生很多熱量，這些熱量均會提高熒光粉自身的溫度。而LED芯片的導熱系數(shù)低，不能有效傳導熒光粉的熱量，則更多的熱量加載到熒光粉上，必然造成熒光粉的失效嚴重，最后影響整個LED封裝器件的壽命。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為彌補現(xiàn)有技術的不足，一方面提供了一種LED封裝結構，其改進了LED芯片外圍的光轉換層的分布，使LED芯片發(fā)出的藍光與光轉換層激發(fā)出的可見光能均勻混合，減小了0°角到90°角的色溫差，有效提高了LED器件的空間色溫均勻性，并且，其避免了光轉換層和LED芯片的直接接觸，從而有效解決了光轉換層受熱失效的問題。

本發(fā)明為達到其目的，采用的技術方案如下：

一種LED封裝結構，包括有LED芯片、LED載體、光轉換層和外保護層，所述LED芯片設于所述LED載體上，其特征在于：

還包括有透明硅膠層，所述透明硅膠層被包覆于所述光轉換層和所述LED芯片之間；

位于所述透明硅膠層上方的所述光轉換層的厚度從中心區(qū)到四周逐漸減小，位于所述透明硅膠層側壁的所述光轉換層的厚度從上往下逐漸增大；

所述外保護層包覆所述光轉換層。

進一步的，位于所述LED芯片上方的最中心區(qū)域的第一透明硅膠層呈平臺狀，位于所述LED芯片上方的其它區(qū)域的第二透明硅膠層呈四周高、中間低的斜坡狀；所述第二透明硅膠層的最低位置不低于所述第一透明硅膠層的位置；位于所述LED芯片側壁的第三透明硅膠層呈向外張開的斜坡狀。

進一步的，位于所述LED芯片上方的第四透明硅膠層的表面向下凹陷且呈半球狀，位于所述LED芯片側壁的第五透明硅膠層呈向外張開的斜坡狀。

進一步的，位于所述LED芯片上方的第六透明硅膠層呈四周高、中間低的斜坡狀且表面呈X字型，位于所述LED芯片側壁的第七透明硅膠層呈向外張開的斜坡狀。

進一步的，所述LED芯片為正裝芯片、倒裝芯片或者垂直芯片中的一種。

進一步的，所述光轉換層中的光轉換材料為發(fā)射波長在500～600nm之間的綠色熒光粉、紅色熒光粉或者黃色熒光粉中的一種。

進一步的，所述外保護層的形狀為半球形、方形、橢圓形、菲涅爾形、蜂窩形、花生形、圓錐形、正六邊形、或者柿餅形中的一種。

本發(fā)明另一個方面提供了一種LED封裝結構的制備方法，其與前述的LED封裝結構對應，有效地解決了LED器件空間色差大、以及光轉換層受熱失效的問題，且其采用專門的生產(chǎn)設備，使用機械化生產(chǎn)，封裝步驟簡單，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將LED芯片固定在LED載體上；

S2：在所述LED芯片外圍Molding透明硅膠層；

S3：在所述透明硅膠層外圍噴涂光轉換層，使得位于所述透明硅膠層上方的所述光轉換層的厚度從中心區(qū)到四周逐漸減小，位于所述透明硅膠層側壁的所述光轉換層的厚度從上往下逐漸增大；

S4：在所述光轉換層外圍Molding外保護層。

進一步的，在所述步驟S2中，根據(jù)所述透明硅膠層的形狀預制一透明硅膠層Molding模具，在透明硅膠里摻雜小粒徑細粉并攪拌均勻、分散，將所述透明硅膠填充于所述透明硅膠層Molding模具中并靜置，然后將固定有所述LED芯片的所述LED載體倒扣在所述透明硅膠層Molding模具中，對位壓合并加熱固化，使得在所述LED芯片外圍形成所述透明硅膠層。

進一步的，在所述步驟S3中，將光轉換材料加入透明高分子材料中，再加入稀釋劑并均勻攪拌、脫泡以形成所述光轉換層流體，將所述光轉換層流體注入噴涂設備中，然后均勻噴涂在所述透明硅膠層外圍，同時在所述LED載體的底部加熱，其中，噴涂厚度根據(jù)色溫要求進行管控。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益技術效果：

(1)本發(fā)明提供的一種LED封裝結構，在LED芯片和光轉換層之間設置有透明硅膠層，結構新穎、獨特，其中：

①位于透明硅膠層上方的光轉換層厚度從中心區(qū)到四周逐漸減小，即光轉換層形成中心厚、四周薄的結構，從而有效地減小了激發(fā)光到光轉換層的中間和側面的光程差，減小了0°角與90°角之間的色溫差，進而有效地改善了LED器件的空間色溫分布；

②包覆于透明硅膠層側壁的光轉換層厚度從上往下逐漸增大，防止LED芯片側面的藍光的混合不均勻，且LED芯片頂角處的斜坡結構有效地緩解了光轉換層的流動，即有效地阻擋了光轉換層在噴涂時的垂直分布，從而進一步改善了LED器件的空間色溫分布；

③有效地擴大了光轉換層的出光面積，可以將更多的光反射出去，從而提高了LED的光轉換效率；

④避免了LED芯片與光轉換層直接接觸，且透明硅膠層的導熱能力差，有效地降低了LED芯片傳遞到光轉換層的熱量，同時也增大了光轉換層的接觸面積，改善了光轉換層的散熱效果，有效解決了光轉換層受熱失效的問題，從而保證了光轉換層在工作時的轉換效率，極大延長了LED器件的壽命。

(2)本發(fā)明提供的一種LED封裝結構制備方法，其與前述的LED封裝結構對應，有效地解決了LED器件空間色差大、以及光轉換層受熱失效的問題，而且其采用專門的生產(chǎn)設備，使用機械化生產(chǎn)，封裝步驟簡單，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種LED封裝結構及其制備方法可以廣泛地應用于LED照明、背光等技術領域，具有很高的市場價值。

附圖說明

圖1為典型的LED封裝結構的示意圖；

圖2為典型的LED封裝結構的藍光、黃光的強度分布圖；

圖3為保型涂敷結構的示意圖；

圖4為保型涂敷結構的空間色溫分布圖；

圖5是實施例1所述的LED封裝結構的一種結構示意圖；

圖6是實施例1所述的LED封裝結構的另一種結構示意圖；

圖7是圖6所示的LED封裝結構Molding外保護層前的俯視圖；

圖8是圖7的剖視圖；

圖9是實施例1所述的LED封裝結構的透明硅膠層Molding過程示意圖；

圖10是圖5所示的LED封裝結構的外保護層Molding過程示意圖；

圖11是圖6所示的LED封裝結構的外保護層Molding過程示意圖；

圖12是實施例1所述的LED封裝結構的一種制備流程示意圖；

圖13是實施例1所述的LED封裝結構的空間色溫分布圖；

圖14是實施例2所述的LED封裝結構的一種結構示意圖；

圖15是實施例2所述的LED封裝結構的另一種結構示意圖；

圖16是圖15所示的LED封裝結構Molding外保護層前的俯視圖；

圖17是圖16的剖視圖；

圖18是實施例2所述的LED封裝結構的透明硅膠層Molding過程示意圖；

圖19是實施例3所述的LED封裝結構的一種結構示意圖；

圖20是實施例3所述的LED封裝結構的另一種結構示意圖；

圖21是圖20所示的LED封裝結構Molding外保護層前的俯視圖；

圖22是圖21的剖視圖。

附圖標記：

1(2或3)、LED封裝結構；11、LED芯片；12、LED載體；13、光轉換層；14、外保護層；15、透明硅膠層；151、第一透明硅膠層；152、第二透明硅膠層；153、第三透明硅膠層；154、第四透明硅膠層；155、第五透明硅膠層；156、第六透明硅膠層；16、透明硅膠層Molding模具；17(或18)、外保護層Molding模具。

具體實施方式

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

實施例1

本實施例公開了一種LED封裝結構1，如圖5～11所示，包括有LED芯片11、LED載體12、光轉換層13和外保護層14，LED芯片11設于LED載體12上。

LED封裝結構1還包括有透明硅膠層15，透明硅膠層15被包覆于光轉換層13和LED芯片11之間，則透明硅膠層15成為光轉換層13的一個支撐平臺。

位于透明硅膠層15上方的光轉換層13的厚度從中心區(qū)到四周逐漸減小，即此部分光轉換層13形成中心厚、四周薄的結構，位于透明硅膠層15側壁的光轉換層13的厚度從上往下逐漸增大，有效地減小了激發(fā)光到光轉換層13的中間和側面的光程差。

外保護層14包覆光轉換層13，并在邊緣處與LED載體12接觸，對光轉換層13起到物理和化學保護作用。

在本實施例中，如圖5～8所示，根據(jù)光學性能要求，位于LED芯片11上方的最中心區(qū)域的第一透明硅膠層151呈平臺狀，位于LED芯片11上方的其它區(qū)域的第二透明硅膠層152呈四周高、中間低的斜坡狀；第二透明硅膠層152的最低位置不低于第一透明硅膠層151的位置；位于LED芯片11側壁的第三透明硅膠層153呈向外張開的斜坡狀。

基于該結構設計，并結合光轉換層13作為流體時的特性，使得位于LED芯片11上方的中間區(qū)域的光轉換層13較厚，周邊區(qū)域較薄，位于LED芯片11側面的光轉換層13的厚度從上往下逐漸增大，從而有效地減小了激發(fā)光到光轉換層13的中間和側面的光程差。

在本實施例中，LED芯片11為正裝芯片、倒裝芯片或者垂直芯片中的一種。

在本實施例中，光轉換層13由光轉換材料和透明高分子材料混合而成。其中，光轉換層13中的光轉換材料為發(fā)射波長在500～600nm之間的綠色熒光粉、紅色熒光粉或者黃色熒光粉中的一種或兩種，透明高分子材料為丙烯酸酯類樹脂、有機硅氧烷樹脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂、改性有機硅樹脂或環(huán)氧樹脂中的一種。

根據(jù)光學要求，外保護層14的形狀為半球形、方形、橢圓形、菲涅爾形、蜂窩形、花生形、圓錐形、正六邊形、或者柿餅形中的一種，當然，在本發(fā)明中，外保護層14的形狀并不限于此。在本實施例中，外保護層14的形狀具體為半球形(如圖5所示)、或者為方形(如圖6所示)。外保護層14的制備材料為丙烯酸酯類樹脂、有機硅氧烷樹脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂、改性有機硅樹脂或環(huán)氧樹脂中的一種。

在本實施例中，LED載體12為陶瓷平面支架、環(huán)氧模塑平面支架、硅膠基模塑平面支架、金屬平面支架、柔性平面支架中的一種，其不僅作為導電通道，而且為LED芯片11提供支撐平臺。當然，LED載體12的類型并不限于此。

在本實施例中，透明硅膠層15、外保護層14里均勻摻雜小粒徑的細粉，可以增大折射率，有利于提高光效。

本實施例還提供了LED封裝結構1的一種制備方法，如圖12所示，包括以下步驟：

S1：將LED芯片11固定在LED載體12上(如圖9～11所示)；

S2：如圖9所示，在LED芯片11外圍Molding透明硅膠層15；

S3：如圖5或6所示，在透明硅膠層11外圍噴涂光轉換層13，使得位于透明硅膠層15上方的光轉換層13的厚度從中心區(qū)到四周逐漸減小，位于透明硅膠層15側壁的光轉換層13的厚度從上往下逐漸增大；

S4：如圖10或11所示，根據(jù)光學要求，預制一外保護層Molding模具17(或18)，然后使用外保護層Molding模具17(或18)在光轉換層13外圍Molding外保護層14，使得外保護層14呈半球形、或者為方形。

其中，在步驟S1中，LED芯片11固定于LED載體12上的過程主要包括固晶、烘烤、焊線，或者倒裝芯片的共晶工藝，以實現(xiàn)二者的電連接。更具體的，在LED載體12上點上絕緣膠，對于正裝芯片，將其置于絕緣膠上，然后放在烤箱內(nèi)將絕緣膠固化，接著在正裝芯片上連接金屬線，與LED載體12形成導電回路，則電流通過LED載體12時，LED芯片11即可被激發(fā)發(fā)光；對于垂直芯片，使用銀膠作為粘接劑，銀膠構成電路回路的一部分，只需焊上一條金屬線即可；對于倒裝芯片，使用共晶焊技術，將其直接焊接在LED載體12上，無須連接金屬線。本步驟所述的工藝極為成熟，制備效率高。

其中，在步驟S2中，如圖5～8所示，位于LED芯片11上方的最中心區(qū)域的第一透明硅膠層151呈平臺狀，位于LED芯片11上方的其它區(qū)域的第二透明硅膠層152呈四周高、中間低的斜坡狀；第二透明硅膠層152的最低位置不低于第一透明硅膠層151的位置；位于LED芯片11側壁的第三透明硅膠層153呈向外張開的斜坡狀；如圖9所示，根據(jù)透明硅膠層15的形狀預制加工一透明硅膠層Molding模具16(其內(nèi)表面可以凃敷脫模劑)，在透明硅膠里均勻摻雜小粒徑細粉并攪拌均勻、分散，將透明硅膠填充于透明硅膠層Molding模具16中并靜置，填充量可通過機臺控制，然后將固定有LED芯片11的LED載體12倒扣在透明硅膠層Molding模具16中，機臺自動對位壓合，在高溫下加熱一段時間以固化，使得在LED芯片11外圍形成透明硅膠層15，最后取下LED載體12(包括LED芯片11和固化成型的透明硅膠層15)即可。本步驟所述的工藝采用的是專門的生產(chǎn)設備，實現(xiàn)機械化生產(chǎn)，步驟簡單，可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

其中，在步驟S3中，將光轉換材料加入透明高分子材料中，再加入稀釋劑并均勻攪拌、脫泡以形成光轉換層流體，將光轉換層流體注入噴涂設備中，然后均勻噴涂在透明硅膠層15外圍，同時在LED載體12的底部加熱，其中，噴涂厚度根據(jù)色溫要求進行管控?；谕该鞴枘z層15的結構設計，在噴涂過程中，根據(jù)光轉換層流體的特性，其在重力作用下沿著透明硅膠層15的斜坡向下流，并在下流過程中受熱固化成型。

對于本實施例所述的LED封裝結構1，經(jīng)光學測試，所獲得的空間色溫分布如圖13所示，可以發(fā)現(xiàn)：制成的白光LED光源器件的空間色溫分布在5000-8000K之間，Δ＝3000K。而對于傳統(tǒng)的保型涂敷結構，如圖4所示，所得到的空間色溫分布在4000-10000K之間，Δ＝6000K。換言之，本實施例所述的LED封裝結構1的色溫差減小了50％，可見其色溫空間分布得到了極大的改善，使得LED產(chǎn)品實現(xiàn)了亮度更高、光色更均勻、可靠性更高的優(yōu)異性能。

實施例2

本實施例公開了另一種LED封裝結構2，在結構上，其與實施例1所述的LED封裝結構1的差異在于：

在本實施例中，如圖14～17所示，根據(jù)光學性能要求，位于LED芯片上方11的第四透明硅膠層154的表面向下凹陷且呈半球狀，位于LED芯片11側壁的第五透明硅膠層155呈向外張開的斜坡狀。

基于上述的結構設計，并結合光轉換層13作為流體時的特性，同樣使得位于LED芯片11上方的中間區(qū)域的光轉換層13較厚，周邊區(qū)域較薄，位于LED芯片11側面的光轉換層13的厚度從上往下逐漸增大，從而有效地減小了激發(fā)光到光轉換層13的中間和側面的光程差。

對于制備方法而言，本實施例所述的LED封裝結構2與實施例1的差異僅在于：在步驟S2中，透明硅膠層Molding模具16的形狀不同，其與本實施例所述的透明硅膠層15的形狀相對應，如圖18所示。

本實施例所述的LED封裝結構2的其它結構、其它制備方法與實施例1完全相同，在此不再贅述。

對于本實施例所述的LED封裝結構2，經(jīng)光學測試所獲得的空間色溫分布與實施例1基本相同，即色溫差得到極大降低。

實施例3

本實施例公開了另一種LED封裝結構3，在結構上，其與實施例1所述的LED封裝結構1的差異在于：

在本實施例中，如圖19～22所示，位于LED芯片11上方的第六透明硅膠層156呈四周高、中間低的斜坡狀且表面呈X字型，位于LED芯片11側壁的第七透明硅膠層157呈向外張開的斜坡狀，類似于在透明硅膠層15的表面沿兩對角線切兩條溝槽。

基于上述的結構設計，并結合光轉換層13作為流體時的特性，同樣使得位于LED芯片11上方的中間區(qū)域的光轉換層13較厚，周邊區(qū)域較薄，位于LED芯片11側面的光轉換層13的厚度從上往下逐漸增大，從而有效地減小了激發(fā)光到光轉換層13的中間和側面的光程差。

對于制備方法而言，本實施例所述的LED封裝結構3與實施例1的差異僅在于：在步驟S2中，透明硅膠層Molding模具16的形狀不同，其與本實施例所述的透明硅膠層15的形狀相對應。

本實施例所述的LED封裝結構3的其它結構、其它制備方法與實施例1完全相同，在此不再贅述。

對于本實施例所述的LED封裝結構3，經(jīng)光學測試所獲得的空間色溫分布與實施例1相近，即色溫差同樣得到極大降低。

本發(fā)明所述一種LED封裝結構及其制備方法的其它內(nèi)容參見現(xiàn)有技術。

最后，需要說明的是：在本發(fā)明中，LED芯片11上方的透明硅膠層15的結構并不限于上述各實施例的描述，其還可以設為其它結構形式，比如其表面為半橢圓球狀等；此外，本發(fā)明所述的LED封裝結構還可以是多顆LED芯片模組器件。因此，諸如此類變化均屬于本發(fā)明的等效保護范圍。

綜上所述，本發(fā)明公開了一種特殊、巧妙的LED封裝結構，該結構改進了LED芯片外圍的光轉換層的分布，使LED芯片發(fā)出的藍光與光轉換層激發(fā)出的可見光能均勻混合，減小了0°角到90°角的空間色溫差，提高了LED器件空間色溫均勻性；并且，該結構有利于提高LED光源的發(fā)光效率，使更多的光可以反射出來；此外，通過透明硅膠層使得光轉換層與LED芯片發(fā)生隔離，有效防止了LED芯片的高溫對光轉換層的影響，提高了光轉換層的信賴度，降低了光衰，從而很好地解決了光轉換層受熱后發(fā)光效率下降的問題，極大地提高了LED產(chǎn)品的壽命。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，故凡未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。