專利名稱：白光面光源發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發(fā)光器件，尤其是涉及一種以半導體為發(fā)光元件的白 光面光源發(fā)光裝置。
背景技術：
從上世紀90年代末，白光LED (lightemittingdiode，簡稱為LED)得到了 迅猛發(fā)展。LED作為第4代照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、光效高、無 輻射、抗沖擊等優(yōu)點，這都是傳統(tǒng)光源無法比擬的。
雖然LED具有眾多獨特的優(yōu)點，但由于LED芯片的發(fā)光面積小，亮度高， 因此LED產(chǎn)生的光源集中，為一點光源，極容易產(chǎn)生眩光和光污染。如果直接 將熒光粉等光轉換材料覆蓋在芯片表面，熒光粉極容易受到LED芯片高溫的影 響，加速熒光粉的老化，引起LED的出光率和使用壽命的縮短。這些都影響著 LED的使用性能和應用范圍。
在專利公開號為"CN03824703.8"的"具有改良效率的鍍膜LED"專利中， 其主要是將透明透鏡覆蓋在半導體上并與半導體隔開，其中磷光體層涂布在透 鏡的內(nèi)表面或外表面。半導體產(chǎn)生的光源，通過透鏡表面的磷光體層激發(fā)和原 來的光線混合產(chǎn)生白光，擴大光源的發(fā)光面積。雖然這樣也能夠解決LED的點 光源問題，但是由于磷光體是一膠狀的混合物，具有一定的流動性，因此涂布 在透鏡上時，厚度和均勻性比較難控制，對加工工藝的要求非常高，而且對LED 激發(fā)產(chǎn)生白光的均勻性和色溫一致性也都難以控制。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種以半導體芯片為 發(fā)光元件，并通過含有光轉換材料的透鏡吸收、激發(fā)和轉化，以產(chǎn)生白光面光 源的發(fā)光裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是 一種白光面光源發(fā)光裝 置，包括有半導體芯片、基座，其中透鏡內(nèi)部形成有空腔，空腔內(nèi)填充有光轉
換材料，透鏡固定于半導體芯片上方，并與半導體芯片隔開。
所述的半導體芯片固定在基座上。
所述半導體芯片的發(fā)光波長范圍為200 nm ~ 1000nm。
所述的半導體芯片為LED芯片。
所述的半導體芯片至少為一個。
所述的光轉換材料為熒光粉或含有熒光粉的混合物。
所述的透鏡為塑料材料或玻璃材料制作。
所述的光轉換材料在透鏡的空腔中為面狀分布。
所述的空腔截面為方形、圓環(huán)形或不規(guī)則形狀。
所述的空腔內(nèi)表面可以為粗糙或高低不平的非光滑面或凹凸面。
所述的透鏡由若干部分組成，各部分之間采用超聲波焊接、粘合劑粘結、 卡口、螺紋結構中的一種或多種方式結合成一整體，并在其內(nèi)部形成有空腔和 開孔，光轉換材料通過開孔填充在空腔內(nèi)。
所述的粘合劑為硅膠、環(huán)氧樹脂或UV膠中的一種。
所述的透鏡與半導體芯片之間填充有環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹脂、熱 塑性材料或聚氨酯材料中的一種。
本實用新型由于采用了含有光轉換材料層的透鏡，因此在白光器件的制備 過程中，就可以省略在芯片表面覆蓋光轉換材料的這一工序，使白光面光源的 加工工藝更加簡單，進一步縮短生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；并 且可以有效的解決由于半導體芯片發(fā)熱對光轉換材料所造成的激發(fā)波長偏移、 量子效率下降、老化等不良影響，大大提高白光器件的使用壽命。此外，由于
光轉換材料包含在透鏡的空腔中，光轉換材料的狀態(tài)、體積以及透鏡空腔的形 狀、層數(shù)都可以控制，因此所制作的白光面光源發(fā)光裝置的出光率、色溫、色 度和一致性等也能夠得到有效的改善，有效的提高成品率。
發(fā)光二極管LED作為第四代光源，雖具有環(huán)保、節(jié)能、使用壽命長等優(yōu)點， 但是其所產(chǎn)生的是刺眼的點光源，極易造成人眼的不適。本實用新型將光轉換 材料填充到透鏡空腔中，形成光轉換材料層，經(jīng)光轉換材料層激發(fā)后產(chǎn)生的光 源為一面光源，擴大了光源的發(fā)光面積和均勻性，發(fā)出的光為白光面光源，能 夠有效的防止眩光現(xiàn)象。

圖1為本實用新型實施例1的剖面示意圖； 圖2為本實用新型實施例2的剖面示意圖； 圖3為本實用新型實施例3的剖面示意圖； 圖4為本實用新型實施例4的剖面示意圖； 圖5為本實用新型實施例5的剖面示意具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述
如圖1所示，為本實用新型實施例1的剖面圖，透鏡1為一制作好的整體 結構。其中，透鏡1由若干部分組成，各部分之間采用超聲波焊接、粘合劑粘 結、卡口、螺紋結構中的一種或多種方式結合成一整體結構，并在其內(nèi)部形成 有空腔13和開孔12，光轉換材料11通過開孔12填充在空腔13內(nèi)。其中空腔 13的截面可以為方形、圓環(huán)形或其他不規(guī)則形狀；空腔13的內(nèi)表面可以為光滑 平整的表面，也可以為粗糙或高低不平的非光滑面或凹凸面。其中，如果透鏡l 各部分之間采用粘合劑粘合，則粘合劑可以采用環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹 脂、UV膠、熱塑性材料或聚氨酯材料等材料中的任意一種。透鏡1的制作材料 則可以采用PC、 PMMA、 PS等塑料材料或玻璃材料。
在本實施例中，光轉換材料ll為黃色熒光粉和硅膠的混合物，可以根據(jù)不 同的色溫要求，來選用不同的熒光粉比例，例如黃色熒光粉和硅膠采用1: 10 的質量比混合。光轉換材料11通過透鏡1的開孔12，填充到空腔13中后，再 將透鏡放l入烘箱中，采用11(TC 150'C溫度，最佳溫度為120°C，連續(xù)烘烤l 小時左右，將光轉換材料2固化在空腔13內(nèi)。本實施例中，透鏡l中的光轉換
材料11為平面狀分布，透鏡1的外觀和造型則可以根據(jù)實際的光學要求來進行 設計和制作。
半導體芯片2為波長在460nm左右的發(fā)藍色光的LED芯片，其固定在基座 5的凹槽51內(nèi)，其中凹槽51為圓臺型結構，表面涂布有反光材料，比如進行鍍 銀，能夠有效增加半導體芯片2的出光率。透鏡1固定于半導體芯片2的上方， 并和半導體芯片2隔開，使透鏡1中的光轉換材料11不受半導體芯片2的高溫
影響。半導體芯片固定在透鏡的上方， 一般是指照明裝置的出射光源朝上的情
況。如果照明裝置的出射光源 朝下，則相反。在透鏡1和LED芯片2之間 填充有膠體4，如硅膠、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、熱塑性材料或聚氨酯材料，其 中膠體4的折射率在1.4 2.0之間。半導體芯片2的電極則通過導線3引出。 當引出的電極施加電壓時，半導體芯片2被驅動，并照射到透鏡1中光轉換材 料ll，使之激發(fā)并混合原來的藍色光，產(chǎn)生類似日光的白光。
本實用新型由于采用了含有光轉換材料11的透鏡1，因此在制備過程中， 就可以減少在半導體芯片2表面覆蓋光轉換材料的這一工序，使白光面光源的 加工工藝更加簡單，進一步縮短生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
圖2為本實用新型的另一實施例，其透鏡1中的光轉換材料11為曲面的圓 環(huán)狀分布。半導體芯片2為發(fā)紫外光的LED芯片，光轉換材料11為RGB熒光 粉和UV膠的混合物，其中UV膠也可以采用硅膠或環(huán)氧樹脂等來替換。光轉換 材料ll也可以為熒光粉一種，不需要其它的混合物。熒光粉和UV膠混合時， 熒光粉和UV膠根據(jù)色溫要求，按一定的比例進行混合后，如采用1: 10的質 量比。熒光粉和UV膠的混合物在光強大約30mW / cm2，波長為365nm左右的 UV光源照射下，通過數(shù)分鐘后，使填充到空腔中的光轉換材料11固化。此種 快速固化熒光粉的方法，能夠大幅度的提高固化過程中的生產(chǎn)效率；而且UV 膠相對于硅樹脂，其成本上也有很大的優(yōu)勢，因此能夠有效的降低生產(chǎn)成本。
半導體芯片2固定在基座5的凹槽51內(nèi)，使半導體芯片2產(chǎn)生的光源能夠 經(jīng)反射后，將反射光線都投射到光轉換材料11的面上，通過光轉換材料11激 發(fā)后產(chǎn)生面狀的白光。在透鏡1和半導體芯片2之間填充有膠體4，如環(huán)氧樹脂、 硅樹脂、丙烯酸樹脂、熱塑性材料、聚氨酯材料中的一種。由于半導體芯片2 光源的波長能夠很好的控制，再加上光轉換材料11在透鏡1的空腔13內(nèi)有很 好的均勻性和統(tǒng)一的形狀。因此其產(chǎn)生的光源也具有良好的一致性，能大幅提 高LED成品的良品率。
如圖3所示，為本實用新型另一實施例的剖面示意圖。光轉換材料ll通過 透鏡1的開孔12，填充到透鏡1的空腔13中，其中開孔12、空腔13數(shù)量和位 置可以根據(jù)實際的需要進行變換和調節(jié)。在基座5的凹槽51內(nèi)，共晶或粘合有 多顆半導體芯片2，采用并聯(lián)和/或串聯(lián)的結構連接。其中所用的半導體芯片2 為波長范圍在830nm 980mn的紅外LED芯片，光轉換材料11為紅外熒光粉和 UV膠的混合物，通過紅外LED芯片發(fā)出的紅外光照射光轉換材料ll，激發(fā)并和 原來的光線混合，產(chǎn)生類似日光的白光。
其中，在透鏡1和半導體芯片2之間填充有膠體4，如環(huán)氧樹脂、硅樹脂、 丙烯酸樹脂、熱塑性材料、聚氨酯材料中的一種。透鏡l采用兩側凸起的結構， 能夠使多芯片照射光轉換材料ll后，激發(fā)產(chǎn)生柔和、均勻的面光源。
如圖4所示，為本實用新型實施例4的剖面圖。在透鏡1內(nèi)形成有一個空 腔13和開孔12，其中空腔13和開孔12的數(shù)量可以根據(jù)實際的需求進行調節(jié)。 光轉換材料11通過開孔12填充到空腔13內(nèi)，形成光轉換材料層。半導體芯片 2固定在基座5的凹槽51內(nèi)，透鏡1與半導體芯片2之間隔離有一定的距離， 其間填充膠體4。由于半導體芯片2與透鏡1的空腔13中的光轉換材料11之間 間隔較大距離，有效的解決了由于半導體芯片2發(fā)熱對光轉換材料11所造成的 激發(fā)波長偏移、量子效率下降、老化等不良影響，大大提高白光器件的使用壽 命。
如圖5所示，為本實用新型實施例5的剖面圖。透鏡1內(nèi)含有光轉換材料 11，透鏡1的外觀和造型則可以根據(jù)實際的光學要求來進行設計和制作，其材 料則可以PC、 PMMA、 PS等塑料材料或玻璃材料制作，光轉換材料ll在透鏡 1的空腔13內(nèi)形成由曲面和平面組成的不規(guī)則面。發(fā)光波長范圍為200~380nm 的紫外半導體芯片2固定在基座5的凹槽51內(nèi)，透鏡1固定在半導體芯片2上 方，其間填充膠體4，如環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹脂、熱塑性材料、聚氨酯 材料等材料。半導體芯片2產(chǎn)生的光線照射到光轉換材料11，通過光轉換材料 ll激發(fā)后產(chǎn)生一面狀柔和、均勻的白光面光源。
以上的實施例只是本實用新型的幾個優(yōu)選方案，但本實用新型不局限于以 上方案，任何表面形式和結構的簡單改動都在本實用新型專利的保護范圍內(nèi)。
權利要求1、一種白光面光源發(fā)光裝置，包括有半導體芯片、基座，其特征在于透鏡內(nèi)部形成有空腔，空腔內(nèi)填充有光轉換材料，透鏡固定于半導體芯片上方，并與半導體芯片隔開。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的半 導體芯片固定在基座上。
3、 根據(jù)權利要求l所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的半 導體芯片為LED芯片。
4、 根據(jù)權利要求l， 2，或3所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于 所述的半導體芯片至少為一個。
5、 根據(jù)權利要求l所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的光 轉換材料為熒光粉或含有熒光粉的混合物。
6、 根據(jù)權利要求l所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的透 鏡為塑料材料或玻璃材料制作。
7、 根據(jù)權利要求l所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的光 轉換材料在透鏡的空腔中為面狀分布。
8、 根據(jù)權利要求1或7所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的空腔截面為方形、圓環(huán)形或不規(guī)則形狀。
9、 根據(jù)權利要求1或7所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述 的空腔內(nèi)表面可以為粗糙或高低不平的非光滑面或凹凸面。
10、 根據(jù)權利要求1所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的 透鏡由若干部分組成，各部分之間采用超聲波焊接、粘合劑粘結、卡口、螺紋 結構中的一種或多種方式結合成一整體，并在其內(nèi)部形成有空腔和開孔，光轉 換材料通過開孔填充在空腔內(nèi)。
11、 根據(jù)權利要求10所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的 粘合劑為硅膠、環(huán)氧樹脂或UV膠中的一種。
12、 根據(jù)權利要求1所述的一種白光面光源發(fā)光裝置，其特征在于所述的 透鏡與半導體芯片之間填充有環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹脂、熱塑性材料或 聚氨酯材料中的一種。
專利摘要本實用新型涉及一種白光面光源發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括有半導體芯片、基座，透鏡內(nèi)部形成有空腔，空腔內(nèi)填充有光轉換材料，透鏡固定于半導體芯片上方，并與半導體芯片隔開。由于采用了含有光轉換材料的透鏡，可以有效解決由于半導體芯片發(fā)熱對光轉換材料所造成的激發(fā)波長偏移、量子效率下降、老化等不良影響；制作的白光面光源發(fā)光裝置的出光率、色溫、色度和一致性等也能夠得到有效的改善；擴大了光源的發(fā)光面積和均勻性，發(fā)出的光為白色面光源，并能夠有效的防止眩光現(xiàn)象。
文檔編號F21V5/00GK201062757SQ200720007289
公開日2008年5月21日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權日2007年6月5日
發(fā)明者諸建平 申請人:諸建平