專利名稱：一種基于透明熒光陶瓷的白光led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白光LED光源，確切地講是一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，國內(nèi)外現(xiàn)行的白光LED封裝工藝方法有多種，其中“藍(lán)光芯片+熒光粉”封裝工藝中，由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的粘結(jié)性、電絕緣性、密封性和介電性能且成本較低、易成型等優(yōu)點(diǎn)成為LED封裝的主流材料。但是隨著白光LED亮度和功率的不斷提高，對LED的封裝材料提出更高的要求，而環(huán)氧樹脂自身存在的吸濕性、易老化、耐熱性差、高溫和短波光照下易變色等缺陷暴露了出來，環(huán)氧樹脂也不易實現(xiàn)與熒光粉的均勻摻雜，從而大大影響和縮短LED器件的性能和使用壽命。為了解決環(huán)氧樹脂存在的上述問題，有機(jī)硅材料由于具有良好的透明性、耐高低溫性、耐候性、絕緣性等，受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是替代環(huán)氧樹脂的理想材料。但有機(jī)硅作為封裝材料也存在一些缺點(diǎn)，有機(jī)硅沒有解決熒光粉均勻摻雜的問題，有機(jī)硅的折射率在1. 5左右，與LED芯片的折射率相差較大，不利于光的輸出；另外，有機(jī)硅雖然較環(huán)氧樹脂在耐熱性、力學(xué)性能方面有所提高，但在高溫、 高腐蝕性等惡劣環(huán)境下工作的能力較差。而且由于有機(jī)硅的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜、成本較高，當(dāng)前市場上的有機(jī)硅價格十分昂貴，不利于白光LED的推廣及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種由高折射率透明陶瓷材料與熒光粉摻雜共燒形成的透明熒光陶瓷封裝的高出光率白光LED光源。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源由封裝基座、支架、電極、LED芯片和透明熒光陶瓷封裝材料構(gòu)成，封裝基座和支架組合安裝，LED芯片固晶于封裝基座固晶區(qū)，并由金線連接于正負(fù)電極，LED芯片由透明熒光陶瓷材料整體封裝，對應(yīng)于LED芯片透明熒光陶瓷材料由模具定型為突起的曲面出光面；所述透明熒光陶瓷由熒光粉與透明陶瓷粉體摻雜共燒而成，分為無壓燒結(jié)工藝和真空熱壓燒結(jié)；無壓燒結(jié)工藝將壓制成型和燒結(jié)工藝分開進(jìn)行，先將粉體冷壓成型，成型方式選擇鋼模冷壓成型、或鋪以冷等靜壓成型和濕法成型中的一種，之后進(jìn)行素?zé)匀コ恍┨砑觿?，再在真空、氫氣或其他惰性氣體條件下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；真空熱壓燒結(jié)成型和燒結(jié)在同一工序完成，先將粉體放入模具冷壓成型，然后將成型樣品放入真空熱壓爐進(jìn)行熱壓燒結(jié)，所得制品再放入熱等靜壓爐內(nèi)高溫、高壓下進(jìn)行后處理，爐內(nèi)溫度1600-1800°C，氬氣條件下壓力150-200Mpa，進(jìn)而提高熒光透明陶瓷的光學(xué)性能。所述封裝基座由高導(dǎo)熱金屬或合金制成，固晶區(qū)域為平面或凹凸結(jié)構(gòu)。
所述透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。所述 曲面出光面為規(guī)則弧面出光面或異形曲面出光面。本發(fā)明的技術(shù)原理LED芯片折射率約2-4，如GaN (η = 2. 5)及GaP (η = 3. 45)均遠(yuǎn)高于環(huán)氧樹脂或硅氧烷樹脂封裝材料折射率(η = 1.40-1. 53)，折射率差異過大導(dǎo)致全反射發(fā)生，將光線反射回芯片內(nèi)部而無法有效導(dǎo)出，因此提高封裝材料的折射率將可減少全反射的發(fā)生。以藍(lán)光芯片/黃色YAG熒光粉的白光LED組件為例，藍(lán)光LED芯片折射率為2. 5，當(dāng)封裝材料的折射率從1. 5時提升至1. 7時，光取出效率提升了近30%;因此，提升封裝材料的折射率降低芯片與封裝材料間折射率差異來達(dá)到提升出光效能。本發(fā)明的有益效果=MgAl2O4透明陶瓷熱導(dǎo)率較高(17. Off/m · K)，約為環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅的十倍，可以使工作中產(chǎn)生的熱量更為及時地傳遞出去，有利于降低熒光物質(zhì)的工作溫度，延長熒光物質(zhì)的壽命，有助于降低芯片結(jié)溫，從而可以提高工作電流，進(jìn)一步提高 LED發(fā)光強(qiáng)度。MgAl2O4透明熒光陶瓷的折射率在1. 7左右，比環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅有較大提高，有研究表明當(dāng)封裝材料的折射率從1. 5時提升至1. 7時，光取出效率可提升近30%。由于透明熒光陶瓷有比環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅更高的熱導(dǎo)率和折射率，可同時解決散熱和高效率問題；由于陶瓷材料有比有機(jī)材料更高的強(qiáng)度、硬度、更耐腐蝕，能夠大幅度提高LED制品的壽命，并為實現(xiàn)白光LED在高溫、高沖擊、腐蝕性等惡劣工作環(huán)境下長時間工作的使用提供了可能性。


圖1為規(guī)則弧面出光面LED光源剖視圖；圖2為異形曲面出光面LED光源剖視圖；附圖中所指圖例1、封裝基座2、支架3、LED芯片4、電極5、透明熒光陶瓷
具體實施例方式透明熒光陶瓷由熒光粉與透明陶瓷粉體摻雜共燒而成，分為無壓燒結(jié)工藝和真空熱壓燒結(jié)；無壓燒結(jié)工藝將壓制成型和燒結(jié)工藝分開進(jìn)行，先將粉體冷壓成型，成型方式選擇鋼模冷壓成型、或鋪以冷等靜壓成型和濕法成型中的一種，之后進(jìn)行素?zé)匀コ恍┨砑觿?，再在真空、氫氣或其他惰性氣體條件下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；真空熱壓燒結(jié)成型和燒結(jié)在同一工序完成，先將粉體放入模具冷壓成型，然后將成型樣品放入真空熱壓爐進(jìn)行熱壓燒結(jié)，所得制品再放入熱等靜壓爐內(nèi)高溫、高壓下進(jìn)行后處理，爐內(nèi)溫度1600-1800°C，氬氣條件下壓力150-200Mpa，進(jìn)而提高熒光透明陶瓷的光學(xué)性能。封裝基座由高導(dǎo)熱金屬或合金制成，其底面為導(dǎo)熱面，固晶區(qū)可設(shè)置凹面結(jié)構(gòu)。透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。實施例1 一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源，由封裝基座1、支架2、LED芯片3、電極4和透明熒光陶瓷5封裝材料構(gòu)成，封裝基座和支架配合安裝，LED芯片固晶于封裝基座固晶區(qū)，并由金線連接于正負(fù)電極，LED芯片由透明熒光陶瓷材料整體封裝，對應(yīng)于 LED芯片透明熒光陶瓷材料由模具定型為突起的曲面出光面。如圖1出光面為規(guī)則弧面，規(guī)則弧面出光面可用于配光要求不高的場合，對于道路、隧道等照明燈具通常需二次配光才能達(dá)到相應(yīng)要求；結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)單顆封裝LED光源相似，在結(jié)構(gòu)相仿的情況下將傳統(tǒng)樹脂材料或有機(jī)硅材料換作MgAl2O4透明熒光陶瓷，可有效提高取光效率和散熱性能。
實施例2 出光面設(shè)置為異形曲面出光面，異形曲面出光面是將二次配光透鏡與 LED光源一體化設(shè)計從而適用于特殊場合的配光要求。如圖2、3所示LED光源通過調(diào)整曲面形狀可實現(xiàn)不同配光要求，如道路照明、隧道照明、以及不對稱偏心配光等。
權(quán)利要求
1.一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源，其特征在于由封裝基座、支架、電極、LED 芯片和透明熒光陶瓷構(gòu)成，封裝基座和支架組合安裝，LED芯片固晶于封裝基座固晶區(qū)，并由金線連接于正負(fù)電極，LED芯片由透明熒光陶瓷材料整體封裝，對應(yīng)于LED芯片透明熒光陶瓷材料由模具定型為突起的曲面出光面；所述透明熒光陶瓷由熒光粉與透明陶瓷粉體摻雜共燒而成，分為無壓燒結(jié)工藝和真空熱壓燒結(jié)；無壓燒結(jié)工藝將壓制成型和燒結(jié)工藝分開進(jìn)行，先將粉體冷壓成型，成型方式選擇鋼模冷壓成型、或鋪以冷等靜壓成型和濕法成型中的一種，之后進(jìn)行素?zé)匀コ恍┨砑觿?再在真空、氫氣或其他惰性氣體條件下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；真空熱壓燒結(jié)成型和燒結(jié)在同一工序完成，先將粉體放入模具冷壓成型，然后將成型樣品放入真空熱壓爐進(jìn)行熱壓燒結(jié)，所得制品再放入熱等靜壓爐內(nèi)高溫、高壓下進(jìn)行后處理，爐內(nèi)溫度1600-1800°C，氬氣條件下壓力150-200Mpa，進(jìn)而提高熒光透明陶瓷的光學(xué)性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源，其特征在于所述封裝基座由高導(dǎo)熱金屬或合金制成，固晶區(qū)域為平面或凹凸結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源，其特征在于所述透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源，其特征在于所述曲面出光面為規(guī)則弧面出光面或異形曲面出光面。
全文摘要
一種基于透明熒光陶瓷的白光LED光源，由LED芯片、封裝基座、支架、電極和透明熒光陶瓷封裝材料構(gòu)成，封裝基座和支架組合安裝，LED芯片固晶于封裝基座固晶區(qū)，并由金線連接于正負(fù)電極，LED芯片由透明熒光陶瓷材料整體封裝，對應(yīng)于LED芯片透明熒光陶瓷材料由模具定型為突起的曲面出光面；透明熒光陶瓷由熒光粉與透明陶瓷粉體摻雜共燒而成。透明陶瓷相較傳統(tǒng)封裝材料具有更高的折射率，由此封裝的LED光源具有較高的取光效率，同時透明陶瓷在導(dǎo)熱系數(shù)、穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)封裝材料，透明陶瓷與熒光粉摻雜共燒可實現(xiàn)藍(lán)光LED的白光功能。
文檔編號H01L33/00GK102222758SQ20111015705
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者徐曉峰 申請人:徐曉峰