一種具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光led器件及其封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件及其封裝方法，其特征在于：LED器件是在LED芯片上逐層封裝有n層封裝層，n≥1；在封裝層內(nèi)均勻混入有熒光粉與納米散射劑；封裝層的折射率小于LED芯片的折射率，且從LED芯片向外的n層封裝層的折射率逐層減小。本發(fā)明通過構(gòu)筑具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，顯著提高了白光LED器件對發(fā)射光的提取能力，器件質(zhì)量高，性能穩(wěn)定可靠。
【專利說明】一種具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件及其封裝方
法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種白光LED器件及其封裝方法。具體而言，涉及一種具有梯度折射率的多層封裝結(jié)構(gòu)的LED器件及其封裝方法，每層封裝層中均勻混入納米散射劑與熒光粉。
【背景技術(shù)】
[0002]制約白光LED器件光通量和總體發(fā)光效率的因素有多方面構(gòu)成，不僅取決于芯片的發(fā)光效率、熒光粉對激發(fā)光的轉(zhuǎn)換效率和封裝材料透明硅膠的透光率，而且顯著依賴于LED器件對發(fā)射光的提取率。就采用GalnN/GaN藍(lán)光芯片搭配Y3Al5O12: Ce3+(YAG = Ce)黃色熒光粉封裝而成的白光LED器件而言，GalnN/GaN藍(lán)光芯片折射率為2.61左右，YAGiCe熒光粉折射率為1.85作為，封裝器件所用的環(huán)氧樹脂或硅氧烷樹脂封裝材料折射率1.5左右，空氣界面層折射率為1.0左右。當(dāng)光從光密介質(zhì)傳導(dǎo)至疏松質(zhì)時(shí)，兩種材料折射率差異較大導(dǎo)致全反射發(fā)生，無論是光從芯片至透明膠、芯片至熒光粉、熒光粉至透明膠，還是從光芯片至空氣層、熒光粉至空氣層、透明膠至空氣層，都可能存在全反射問題。光子經(jīng)歷多次散射之后無法穿越器件逃逸，甚至被反射回藍(lán)光芯片，導(dǎo)致發(fā)光效率降低。
[0003]為提高白光LED器件對發(fā)射光的提取率，專利CN103518269A提出利用A組分(乙烯基聚硅氧烷、光固化樹脂、催化劑)、B組分(乙烯基聚硅氧烷、交聯(lián)劑和抑制劑)和C組分(光引發(fā)劑)三種組分充分混合、真空脫泡，通過在芯片上層層固化，得到折射率逐漸變小的多層凝膠封裝體，把突光粉分布于多層封裝結(jié)構(gòu)的任意一層之中，利用發(fā)明材料及封裝方法能有效提高LED芯片的光取出效率。但對于專利CN103518269A，熒光粉分布于多層封裝結(jié)構(gòu)的任意一層之中，由于熒光粉的折射率顯著高于硅膠，藍(lán)色光子從芯片發(fā)射至熒光粉層時(shí)，除一部分光被吸收之外，還有相當(dāng)一部分被散射，甚至被反射回芯片。相比較而言，利用熒光粉的彌散分布結(jié)構(gòu)，則更加有利于構(gòu)筑光子出射通道。
[0004]專利CN103430337A和US 8455898B2提出利用量子點(diǎn)多層結(jié)構(gòu)提高LED器件出光率的方法，每一層中所填充量子點(diǎn)折射率優(yōu)先接近下一層或芯片折射率，構(gòu)筑梯度折射率，提高器件提取發(fā)射光的能力；另一方面發(fā)射波長較長的量子點(diǎn)優(yōu)先布置在離芯片較近位置，避免在下方發(fā)射波長較短的納米顆粒所發(fā)射光被上方發(fā)射波長較長的納米顆粒二次吸收和級聯(lián)激發(fā)，提高發(fā)光效率。由于量子點(diǎn)LED發(fā)光效率低、光通量小，無法滿足大功率照明與顯示對亮度的要求。商業(yè)化白光LED器件皆為利用熒光材料制作的熒光轉(zhuǎn)換型器件。此外，對于專利CN103430337A和US 8455898B2提出利用半導(dǎo)體量子作為發(fā)光中心，這類半導(dǎo)體量子點(diǎn)對溫度非常敏感，隨溫度升高發(fā)光效率急劇下降，難以在大功率器件方面獲得應(yīng)用。再者，由于量子點(diǎn)的產(chǎn)量受限，目前的合成技術(shù)根本無法滿足工業(yè)化大批量LED器件封裝對熒光轉(zhuǎn)換材料的用量要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件及其封裝方法，旨在通過在封裝膠中均勻混入熒光粉和納米散射劑，從LED芯片至外界大氣層，按照散射劑濃度或散射劑折射率逐層降低的原則，通過逐層噴射形成多層封裝結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑具有梯度折射率結(jié)構(gòu)的白光LED器件透光層，提高白光LED器件對發(fā)射光的提取能力。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其特點(diǎn)在于:所述LED器件是在LED芯片上逐層封裝有η層封裝層，n ^ I ;在所述封裝層內(nèi)均勻混入熒光粉與納米散射劑；所述封裝層的折射率小于所述LED芯片的折射率，且從LED芯片向外的η層封裝層的折射率逐層減小。
[0008]本發(fā)明具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其特點(diǎn)也在于:所述納米散射劑選自納米S12、納米Al2O3、納米ZrO2、納米Si3N4、納米T12或納米SnO2,其折射率分別為:
1.45-1.54 (S12)、1.76 (Al2O3)、2.17 (ZrO2) ,2.0(Si3N4)、2.55 (T12)和 1.9 (SnO2)，其中氮化硅為非晶型。
[0009]所述封裝層以透明硅膠或環(huán)氧樹脂為材料。
[0010]熒光粉的類型可以根據(jù)照明與信息顯示不同應(yīng)用要求來進(jìn)行選擇，可以是藍(lán)光芯片搭配黃色熒光粉或者向其中加入適量紅粉，抑或采用近紫外芯片激發(fā)紅綠藍(lán)三基色熒光粉。在多層結(jié)構(gòu)的每一層中熒光粉的濃度都相同，熒光粉的濃度不隨封裝層而改變。
[0011]本發(fā)明構(gòu)筑梯度折射率的方案有三種:
[0012](I)在η層封裝層中所用納米散射劑相同，且從LED芯片向外的η層封裝層中納米散射劑的質(zhì)量濃度逐層降低；使用同一種納米散射劑，但從LED芯部向外逐層降低納米散射劑濃度，越靠近LED芯片的封裝層中納米散射劑濃度越高，越靠近空氣界面層的封裝層中納米散射劑濃度越小，通過控制納米散射劑在封裝膠中的濃度差，構(gòu)筑梯度折射率；
[0013](2)在η層封裝層中采用相同質(zhì)量濃度的且具有不同折射率納米散射劑，且從LED芯片向外的η層封裝層中所用納米散射劑的折射率逐層降低；納米散射劑在封裝膠中的濃度維持不變，但采用不同折射率的納米散射劑，越靠近芯片的封裝層中所采用的納米散射劑折射率越大，越靠近空氣界面的封裝層中所采用的納米散射劑折射率越小，由此構(gòu)筑梯度折射率；
[0014](3)在η層封裝層中采用不同質(zhì)量濃度的且具有不同折射率納米散射劑，且從LED芯片向外的η層封裝層中所用納米散射劑的折射率與納米散射劑在封裝層中的質(zhì)量濃度皆逐層降低。這種方式兼顧上述兩種做法，既改變納米散射劑濃度又改變納米散射劑折射率。
[0015]本發(fā)明具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件的封裝方法，其特點(diǎn)在于:
[0016]首先分別按照不同層的封裝層所需納米散射劑的質(zhì)量濃度和類型，將納米散射劑與熒光粉添加到封裝膠中，混合均勻，獲得每層封裝層所需的備用封裝膠；然后對固定在LED支架上的LED芯片從內(nèi)至外逐層噴射所述備用封裝膠；最后在所有封裝層的備用封裝膠噴射完成后，對產(chǎn)品進(jìn)行一次性固化，固化條件為所用封裝膠的固化條件。
[0017]相對應(yīng)于構(gòu)筑梯度折射率的三種方案，本發(fā)明根據(jù)需要配置備用封裝膠。第一種方案是選用相同的納米散射劑，然后按需要調(diào)控每層所用備用封裝膠中納米散射劑的濃度；第二種方案是根據(jù)需要每層選用具有不同折射率的納米散射劑，且其在備用封裝膠中的濃度相同；第三種是兼顧上述兩種，即選擇不同的納米散射劑，又調(diào)整其濃度。
[0018]在備用封裝膠配置完成后，把每層所用的備用封裝膠分別安裝在不同點(diǎn)(灌)膠機(jī)上，工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)按照機(jī)臺型號依次輪流作業(yè)，對LED芯片從內(nèi)至外逐層噴射；噴射結(jié)束后，把芯片LED支架連同灌封膠體放入真空烘箱，對多層膠體層進(jìn)行一次性固化，固化溫度和時(shí)間按照所用封裝膠的使用說明進(jìn)行。
[0019]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0020]1、本發(fā)明通過構(gòu)筑具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，顯著提高了白光LED器件對發(fā)射光的提取能力，器件質(zhì)量高，性能穩(wěn)定可靠；專利CN103518269A把熒光粉置于多層結(jié)構(gòu)中的某一透明層，一方面這種作業(yè)方式降低生產(chǎn)效率，另一方面由于熒光粉的折射率遠(yuǎn)大于透明封裝膠，高濃度熒光粉反射芯片藍(lán)光，降低器件的發(fā)光效率，而本發(fā)明把熒光粉均勻分布與每一層封裝膠中，即在每一層膠中熒光粉的濃度都保持不變，這種結(jié)構(gòu)能夠克服因熒光粉濃度變化帶來的折射率突變及其對光路傳播的改變；與半導(dǎo)體量子點(diǎn)相t匕，本發(fā)明所采用熒光材料的發(fā)光效率和發(fā)光熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比量子點(diǎn)發(fā)光材料好；
[0021]2、本發(fā)明的多層封裝結(jié)構(gòu)適于工業(yè)化大規(guī)模批量生產(chǎn)，在批量化作業(yè)時(shí)，本發(fā)明利用不同機(jī)器分別噴射不同濃度或不同散射劑類型的封裝膠，可實(shí)現(xiàn)流水化作業(yè)，然后對噴射的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次性固化，這種方法比專利CN103518269A采用逐層噴射、固化、再噴射、再固化的方式，工藝簡單，生產(chǎn)效率高；與專利CN103430337A和US 8455898B2首先合成不同類型或不同尺寸大小的半導(dǎo)體發(fā)光量子點(diǎn)，然后再把量子點(diǎn)轉(zhuǎn)移到膠體中進(jìn)行封裝的作業(yè)方式相比，本發(fā)明不僅工藝簡單，而且精準(zhǔn)度高，適于大規(guī)模批量作業(yè)生產(chǎn)；
[0022]3、本發(fā)明構(gòu)筑梯度折射率方法簡單易行。本發(fā)明利用納米散射劑，把納米散射劑均勻分散于環(huán)氧樹脂或透明硅膠中，然后進(jìn)行逐層噴射，這種方法相較于專利CN103518269A利用封裝膠多層結(jié)構(gòu)構(gòu)筑梯度折射率，以及與CN103430337A和US8455898B2利用不同種類的量子點(diǎn)納米發(fā)光顆粒構(gòu)筑梯度折射率相比，簡單易行。此外，本發(fā)明所采用納米散射劑Si02、Ti02、Zr02、W03、Sn02，或非晶Si3N4、或來源廣泛，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號:ILED芯片；2LED支架；3封裝層；4納米散射劑；5熒光粉；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中添加不同濃度納米S12散射劑的單層結(jié)構(gòu)白光LED器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中添加不同濃度納米S12散射劑封裝的單層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化曲線；
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中添加不同濃度納米S12散射劑封裝的單層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電壓變化曲線；
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2添加不同濃度納米S12散射劑的雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2添加不同濃度納米S12散射劑的雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化曲線；[0029]圖7為本發(fā)明實(shí)施例3添加不同濃度納米S12散射劑的三層結(jié)構(gòu)白光LED器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖8為本發(fā)明實(shí)施例3添加不同濃度納米S12散射劑的三層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化曲線；
[0031]圖9為本發(fā)明實(shí)施例4添加不同濃度納米S12散射劑的四層結(jié)構(gòu)白光LED器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖10為本發(fā)明實(shí)施例4添加不同濃度納米S12散射劑的四層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化曲線；
[0033]圖11為本發(fā)明實(shí)施例5中添加不同濃度納米Si3N4散射劑封裝的單層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化曲線；
[0034]圖12為本發(fā)明實(shí)施例5中添加不同濃度納米Si3N4散射劑封裝的單層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電壓變化曲線；
[0035]圖13為本發(fā)明實(shí)施例6添加不同濃度納米氮化硅封裝雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流的變化曲線；
[0036]圖14為本發(fā)明實(shí)施例6添加不同濃度納米氮化硅封裝雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電壓的變化曲線；
[0037]圖15為本發(fā)明實(shí)施例7添加不同濃度納米氮化硅封裝三層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流的變化曲線；
[0038]圖16為本發(fā)明實(shí)施例8采用相同濃度的不同散射劑封裝的雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流的變化與沒有添加散射劑樣品的對比；
[0039]圖17為本發(fā)明實(shí)施例9通過同時(shí)調(diào)控散射劑濃度和散射劑折射率的方法構(gòu)筑梯度折射率的雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電流的變化曲線。
具體實(shí)施例
[0040]如圖1所示，本發(fā)明具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，是在LED芯片I上逐層封裝有η層封裝層3，η > I ;在封裝層內(nèi)均勻混入有熒光粉5與納米散射劑4 ;封裝層的折射率小于LED芯片的折射率，且從LED芯片向外的η層封裝層的折射率逐層減小，即第二層封裝層的折射率小于第一層封裝層的折射率，第三層封裝層的折射率小于第二層封裝層的折射率，依次類推，構(gòu)筑具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件。
[0041]本發(fā)明具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件的封裝方法是:
[0042]首先分別按照不同層的封裝層所需納米散射劑的質(zhì)量濃度和類型，將納米散射劑與熒光粉添加到封裝膠中，混合均勻，獲得每層封裝層所需的備用封裝膠；然后對固定在LED支架2上的LED芯片從內(nèi)至外逐層噴射該層的備用封裝膠；最后在所有封裝層的備用封裝膠噴射完成后，對產(chǎn)品進(jìn)行一次性固化，固化條件為所用封裝膠的固化條件。
[0043]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0044]實(shí)施例1:采用納米S12散射劑封裝單層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0045]首先采用納米S12作為散射劑，封裝單層結(jié)構(gòu)白光LED器件。S12占其所在層封裝膠的質(zhì)量比分別設(shè)定為和5%。熒光粉占其所在層封裝膠的質(zhì)量比為13% (以下實(shí)施例皆同)。[0046]納米S12采用安徽敬業(yè)納米科技有限公司生產(chǎn)的JY100-01疏水性納米S12,其粒徑≤25nm, BET比表面170±20，S12純度≥99.5 % ;熒光材料采用佛山市南海朗達(dá)熒光材料有限公司的YBO4型YAG = Ce黃色熒光粉，其折射率為1.823，比重為4.3 ;藍(lán)光LED芯片采用廣東晶科電子公司固晶和焊線之后的半成品，型號為3528，發(fā)射波長峰值為458.6nm，半寬度:Λ Xd = 20.6nm，光通量Φ = 1.0801m ;封裝膠采用信越化學(xué)公司(Shin-Etsu Chemical)生產(chǎn)的有機(jī)硅樹脂封裝材料，型號為SCR-1018A(S2)/B，其折射率為1.54/1.51，比重為1.05，固化條件為100C父1小時(shí)+1501: X 5小時(shí)；LED灌膠采用深圳軸心科技aXXon0260點(diǎn)膠機(jī)，配空氣壓縮機(jī)；真空脫泡機(jī)為深圳怡和興機(jī)電公司YVC-Ol型；LED烘烤固化采用上海博迅DZF-6020真空烘箱；LED光電性能測試采用杭州遠(yuǎn)方光電公司HAAS-2000高精度快速光譜輻射計(jì)(搭配0.5米積分球)。
[0047]按比例稱量有機(jī)硅樹脂、熒光粉和納米S12,把熒光粉和納米S12在有機(jī)硅樹脂中均勻混合，然后真空消泡，再使用點(diǎn)膠機(jī)灌膠，最后把芯片置于真空烘箱固化，得到LED器件成品，進(jìn)行各項(xiàng)光電性能測試。點(diǎn)膠時(shí)，空氣壓縮機(jī)的壓力維持0.5Mpa保持不變，通過控制連續(xù)點(diǎn)膠的時(shí)間改變點(diǎn)膠體積，在其他實(shí)施例制作η層結(jié)構(gòu)時(shí)，每層點(diǎn)膠時(shí)間改為一層結(jié)構(gòu)的1/η。
[0048]圖3給出添加不同含量納米S12所封裝白光LED器件的發(fā)光強(qiáng)度隨電流的變化曲線，從中可見，當(dāng)納米S12添加量為1-3%時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度比沒有添加納米S12的白光LED器件有明顯提高，電流越大時(shí)增強(qiáng)效果越顯著，但是當(dāng)納米S12添加量超過4%時(shí)發(fā)光強(qiáng)度隨納米S12添加量的增加而減小，當(dāng)納米S12添加量達(dá)到5%，發(fā)光強(qiáng)度降低量已經(jīng)非常顯
著。
[0049]圖4為添加不同含量納米S12所封裝白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨電壓變化曲線，其規(guī)律與圖3所示的發(fā)光強(qiáng)度與電流變化相似，電壓越大時(shí)增強(qiáng)效果越顯著，當(dāng)納米S12添加量為I %時(shí)發(fā)光強(qiáng)度最大。在50mA條件下，添加I %納米S1dA單層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其發(fā)光強(qiáng)度比沒有添加納米S12的器件提高了 30%。
[0050]從發(fā)光強(qiáng)度與電壓的關(guān)系來看，兩者呈線性關(guān)系，電壓越大發(fā)光越強(qiáng)。雖然電流越大發(fā)光也越強(qiáng)，但隨電流的逐漸增大，發(fā)光強(qiáng)度與電流成非線性關(guān)系，這是由于Droopefficiency效應(yīng)造成。
[0051]實(shí)施例2:采用納米S12散射劑封裝兩層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0052]本實(shí)施例利用納米S12作為散射劑，采用與實(shí)施例1相同的工藝，封裝如圖5所示的兩層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其相對發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化如圖6所示。從圖中可以看出，與不添加納米S12的單層封裝結(jié)構(gòu)相比，除2% (第一層)_1% (第二層，以下類同)(圖5(f))和2%-0.5% (圖5(e))外，其它采用兩層結(jié)構(gòu)的白光LED器件的發(fā)光強(qiáng)度均有所提高，其中發(fā)光強(qiáng)度最高的是0.5%-0% (圖5(a))兩層結(jié)構(gòu)；其次是1%-0% (圖5(b))和2%-0% (圖5(c))兩層結(jié)構(gòu)的白光LED，它們的發(fā)光強(qiáng)度差不多。這三種結(jié)構(gòu)的白光LED發(fā)光強(qiáng)度都比單層結(jié)構(gòu)中納米S12最佳添加量為I %的器件發(fā)光強(qiáng)度高。1% -0.5%(圖5 (d))兩層結(jié)構(gòu)白光器件的發(fā)光強(qiáng)度雖然比納米S12添加量為I %的單層結(jié)構(gòu)LED發(fā)光強(qiáng)度弱，但比沒有添加量納米S12的單層結(jié)構(gòu)LED發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)。在50mA條件下，采用
0.5%-0% (圖5(a))兩層結(jié)構(gòu)的白光LED器件，其發(fā)光強(qiáng)度比沒有添加納米S12的單層器件提高了 50% ;比添加1%納米S12的單層器件提高了 15%。[0053]實(shí)施例3:采用納米S12散射劑封裝三層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0054]本實(shí)施例利用納米S12作為散射劑，采用與實(shí)施例1相同的工藝，封裝如圖7所示的三層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其相對發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化如圖8所示。所有采用三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝的白光LED器件均比沒有添加納米S12單層結(jié)構(gòu)LED的發(fā)光強(qiáng)度高，但都比納米S12添加量為I %的單層結(jié)構(gòu)LED發(fā)光強(qiáng)度弱。在使用納米S12散射劑的三層結(jié)構(gòu)中，發(fā)光強(qiáng)度最高的是2% (第一層)_1% (第二層)_0% (第三層)(圖7(a))。此外，驅(qū)動(dòng)電流越大，相對發(fā)光強(qiáng)度越大，這一特點(diǎn)對三層結(jié)構(gòu)而言依然非常明顯。
[0055]實(shí)施例4:采用納米S12散射劑封裝四層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0056]本實(shí)施例利用納米S12作為散射劑，采用與實(shí)施例1相同的工藝，封裝如圖9所示的四層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其相對發(fā)光強(qiáng)度隨電流變化如圖10所示。采用納米S12散射劑封裝四層結(jié)構(gòu)的白光LED器件，其發(fā)光強(qiáng)度比沒有添加納米S12的單層結(jié)構(gòu)白光LED高，但略比添加量為1%納米S12的單層結(jié)構(gòu)白光LED弱。
[0057]實(shí)施例5:采用納米Si3N4散射劑封裝單層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0058]本實(shí)施例采用合肥開爾納米公司生產(chǎn)的非晶納米氮化硅作為散射劑，封裝類似圖2所示的單層結(jié)構(gòu)白光LED器件，納米氮化硅的濃度分別設(shè)定為O %、0.5 %、I %、2 %、3 %和4%,納米氮化娃的技術(shù)指標(biāo)如下:外觀白色,純度>99.0%,平均粒度25nm,比表面50m2/g,Zeta電位-21.8mV，松裝密度0.05g/cm3。圖11和圖12分別為添加不同含量納米氮化硅發(fā)光強(qiáng)度隨電壓和電流的變化，從中可見，發(fā)光強(qiáng)度隨電壓和電流增加而增大，電壓和電流越大增強(qiáng)效果越顯著，納米氮化硅的最佳添加量為2% -1%。
[0059]實(shí)施例6:采用納米Si3N4散射劑封裝雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0060]本實(shí)施例使用納米氮化硅封裝類似圖5所示的雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件，芯部氮化硅濃度比外層高，封裝工藝與實(shí)施例(五)相同。圖13和圖14分別為添加不同含量納米氮化娃發(fā)光強(qiáng)度隨電壓和電流的變化，從中可見，最佳雙層結(jié)構(gòu)為2% (第一層)-0.5% (第二層)，發(fā)光強(qiáng)度隨電壓和電流增加而增大，且電壓和電流越大增強(qiáng)效果越顯著。
[0061]實(shí)施例7:采用納米Si3N4散射劑封裝三層結(jié)構(gòu)白光LED器件
[0062]使用納米氮化硅封裝類似圖7所示的三層結(jié)構(gòu)白光LED器件，從芯部至外層氮化硅濃度逐漸降低，封裝工藝與實(shí)施例5相同。從圖15中可見，分別通過改變?nèi)龑咏Y(jié)構(gòu)中納米Si3N4散射劑的濃度，所封裝白光LED器件在不同電流激發(fā)下的發(fā)光強(qiáng)度沒有顯著差異，其最強(qiáng)發(fā)光強(qiáng)度反而沒有摻雜0.5%納米Si3N4的單層結(jié)構(gòu)發(fā)光強(qiáng)。在此需要強(qiáng)調(diào)的是，多層結(jié)構(gòu)所需的層數(shù)、最佳散射劑類型和摻雜濃度，與所封裝所采用的芯片尺寸大小、芯片功率以及多層封裝中每一層噴射膠量的多少有顯著依賴關(guān)系。
[0063]實(shí)施例8:采用相同濃度的不同散射劑構(gòu)筑梯度折射率
[0064]為說明利用相同濃度不同折射率的散射劑構(gòu)筑梯度折射率，特實(shí)施本例。本實(shí)施例所采用的納米S12與非晶納米Si3N4與上述實(shí)施例相同，另外選用P25納米T12光催化劑作為分散介質(zhì)。P25型納米二氧化鈦屬于混晶型，銳鈦礦和金紅石的重量比大約為80/20，其折射率為2.55左右，平均粒徑大約為21nm，密度為4g/cm3，比表面為50m2/g。
[0065]在本實(shí)施例中，散射劑的濃度都固定為0.5%，一種方案是利用折射率較大的Si3N4封裝第一層，然后利用納米S12封裝第二層；另一種方案是利用納米T12封裝第一層，然后利用S12封裝第二層。采用這兩種方案所封裝的白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨把電流變化，與沒有添加分散劑的白光LED器件參照樣對比，如圖16所示，其中利用納米Si3N4與納米S12所封裝的雙層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光效率最高。
[0066]實(shí)施例9:利用不同類型不同濃度散射劑構(gòu)筑梯度折射率
[0067]為說明既通過調(diào)控散射劑濃度又通過調(diào)控散射劑折射率構(gòu)筑梯度折射率的方法，特實(shí)施本例。采用雙層結(jié)構(gòu)封裝白光LED器件，如圖17，一種方式第一層為添加0.5% Si3N4散射劑，第二層添加0.25% S12 ;另一器件的第一層添加0.5% T12，第二層添加0.25%Si3N4散射劑。兩個(gè)器件的共同點(diǎn)是第一層的折射率比第二層大，且第一層中散射劑的濃度比第二層大。與實(shí)施例 8 相比，采用 0.5% Si3N4-0.25% S12 與 0.5% Si3N4-0.5% S12I層結(jié)構(gòu)封裝的白光LED發(fā)光強(qiáng)度近似一致，但是采用0.5% T12-0.25% Si3N4雙層結(jié)構(gòu)封裝的白光LED發(fā)光強(qiáng)度比采用0.5% T12-0.5% S12雙層結(jié)構(gòu)弱的多，這可能是由于T12與Si3N4兩者的折射率都比較大的緣故，即便降低外層散射劑的濃度，但是與空氣界面層之間依然存在顯著折射率之差。
[0068]從上述實(shí)施例可以看出:無論是單層還是多層結(jié)構(gòu)，添加納米散射劑之后，LED器件的發(fā)光強(qiáng)度均有所提升，且電流越大增強(qiáng)效果越顯著，但在多層結(jié)構(gòu)中，并不是層數(shù)越多發(fā)光強(qiáng)度越大。從實(shí)施例1至實(shí)施例4利用納米S12作為散射劑分別封裝1-4層結(jié)構(gòu)白光LED器件發(fā)光強(qiáng)度隨納米S12含量、層數(shù)以及電壓或電流的變化來看，最佳封裝層數(shù)為兩層，且S12濃度結(jié)構(gòu)為0.5% (第一層)_0% (第二層)。對比納米S12和納米Si3N4兩種不同散射劑可以發(fā)現(xiàn)，對于折射率較大的Si3N4,在散射劑相同濃度變化范圍內(nèi)，相同電流驅(qū)動(dòng)下其對發(fā)光強(qiáng)度的改變較大；而對于折射率較小的S12，在散射劑相同濃度變化范圍內(nèi)，相同電流驅(qū)動(dòng)下其對發(fā)光強(qiáng)度的改變較大；此外，由于折射率不同，其對應(yīng)的最佳濃度結(jié)構(gòu)和濃度大小也不相同。當(dāng)折射率較大、層數(shù)越多時(shí)，那么在相同電流強(qiáng)度下發(fā)光增強(qiáng)隨散射劑濃度的變化差異減小(如圖15)，這可能是由于折射率大或介電常數(shù)越大，極化電場作用的空間范圍也越大所致，這也和封裝層的厚度有關(guān)。從這個(gè)意義上來講，所選用的散射劑顆粒尺寸以及散射劑內(nèi)部的電磁場作用的范圍趨近于LED芯片和熒光粉發(fā)射波長的極限范圍之內(nèi)，散射劑顆粒尺寸越小越好。此外，在本發(fā)明實(shí)施例中所采用的LED芯片為3528型小功率芯片。對于不同尺寸和功率型號LED芯片，芯片功率和尺寸的不同，其發(fā)射藍(lán)光光子數(shù)目以及藍(lán)光光子的分布會不同，對應(yīng)多層結(jié)構(gòu)的最佳封裝層數(shù)與分散劑最佳濃度應(yīng)該有所不同，在專利實(shí)施過程中應(yīng)針對不同芯片進(jìn)行優(yōu)化。
【權(quán)利要求】
1.一種具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其特征在于:所述LED器件是在LED芯片上逐層封裝有η層封裝層，n ^ I ;在所述封裝層內(nèi)均勻混入有熒光粉與納米散射劑；所述封裝層的折射率小于所述LED芯片的折射率，且從LED芯片向外的η層封裝層的折射率逐層減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其特征在于:所述納米散射劑選自納米S12、納米Al2O3、納米ZrO2、納米Si3N4、納米T12或納米Sn02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其特征在于:所述封裝層以透明硅膠或環(huán)氧樹脂為材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件，其特征在于: 在η層封裝層中所用納米散射劑相同，且從LED芯片向外的η層封裝層中納米散射劑的質(zhì)量濃度逐層降低； 或在η層封裝層中采用相同質(zhì)量濃度的且具有不同折射率納米散射劑，且從LED芯片向外的η層封裝層中所用納米散射劑的折射率逐層降低； 或在η層封裝層中采用不同質(zhì)量濃度的且具有不同折射率納米散射劑，且從LED芯片向外的η層封裝層中所用納米散射劑的折射率與納米散射劑在封裝層中的質(zhì)量濃度皆逐層降低。
5.一種權(quán)利要求1所述具有梯度折射率的多層結(jié)構(gòu)白光LED器件的封裝方法，其特征在于: 首先分別按照不同層的封裝層所需納米散射劑的質(zhì)量濃度和類型，將納米散射劑與熒光粉添加到封裝膠中，混合均勻，獲得每層封裝層所需的備用封裝膠；然后對固定在LED支架上的LED芯片從內(nèi)至外逐層噴射所述備用封裝膠；最后在所有封裝層的備用封裝膠噴射完成后，對產(chǎn)品進(jìn)行一次性固化，固化條件為所用封裝膠的固化條件。
【文檔編號】H01L33/58GK104037276SQ201410289035
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】陳雷, 趙二龍, 薛少嬋, 陳秀玲, 鄧曉蓉, 張昭, 蔣陽 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)