本发明专利技术公开了一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件及其封装方法，其特征在于：LED器件是在LED芯片上逐层封装有n层封装层，n≥1；在封装层内均匀混入有荧光粉与纳米散射剂；封装层的折射率小于LED芯片的折射率，且从LED芯片向外的n层封装层的折射率逐层减小。本发明专利技术通过构筑具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，显著提高了白光LED器件对发射光的提取能力，器件质量高，性能稳定可靠。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件及其封装方法，其特征在于：LED器件是在LED芯片上逐层封装有n层封装层，n≥1；在封装层内均匀混入有荧光粉与纳米散射剂；封装层的折射率小于LED芯片的折射率，且从LED芯片向外的n层封装层的折射率逐层减小。本专利技术通过构筑具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，显著提高了白光LED器件对发射光的提取能力，器件质量高，性能稳定可靠。【专利说明】一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件及其封装方法
本专利技术涉及一种白光LED器件及其封装方法。具体而言，涉及一种具有梯度折射率的多层封装结构的LED器件及其封装方法，每层封装层中均匀混入纳米散射剂与荧光粉。
技术介绍
制约白光LED器件光通量和总体发光效率的因素有多方面构成，不仅取决于芯片的发光效率、荧光粉对激发光的转换效率和封装材料透明硅胶的透光率，而且显著依赖于LED器件对发射光的提取率。就采用GalnN/GaN蓝光芯片搭配Y3Al5O12: Ce3+(YAG = Ce)黄色荧光粉封装而成的白光LED器件而言，GalnN/GaN蓝光芯片折射率为2.61左右，YAGiCe荧光粉折射率为1.85作为，封装器件所用的环氧树脂或硅氧烷树脂封装材料折射率1.5左右，空气界面层折射率为1.0左右。当光从光密介质传导至疏松质时，两种材料折射率差异较大导致全反射发生，无论是光从芯片至透明胶、芯片至荧光粉、荧光粉至透明胶，还是从光芯片至空气层、荧光粉至空气层、透明胶至空气层，都可能存在全反射问题。光子经历多次散射之后无法穿越器件逃逸，甚至被反射回蓝光芯片，导致发光效率降低。为提高白光LED器件对发射光的提取率，专利CN103518269A提出利用A组分(乙烯基聚硅氧烷、光固化树脂、催化剂)、B组分(乙烯基聚硅氧烷、交联剂和抑制剂)和C组分(光引发剂)三种组分充分混合、真空脱泡，通过在芯片上层层固化，得到折射率逐渐变小的多层凝胶封装体，把突光粉分布于多层封装结构的任意一层之中，利用专利技术材料及封装方法能有效提高LED芯片的光取出效率。但对于专利CN103518269A，荧光粉分布于多层封装结构的任意一层之中，由于荧光粉的折射率显著高于硅胶，蓝色光子从芯片发射至荧光粉层时，除一部分光被吸收之外，还有相当一部分被散射，甚至被反射回芯片。相比较而言，利用荧光粉的弥散分布结构，则更加有利于构筑光子出射通道。专利CN103430337A和US 8455898B2提出利用量子点多层结构提高LED器件出光率的方法，每一层中所填充量子点折射率优先接近下一层或芯片折射率，构筑梯度折射率，提高器件提取发射光的能力；另一方面发射波长较长的量子点优先布置在离芯片较近位置，避免在下方发射波长较短的纳米颗粒所发射光被上方发射波长较长的纳米颗粒二次吸收和级联激发，提高发光效率。由于量子点LED发光效率低、光通量小，无法满足大功率照明与显示对亮度的要求。商业化白光LED器件皆为利用荧光材料制作的荧光转换型器件。此外，对于专利CN103430337A和US 8455898B2提出利用半导体量子作为发光中心，这类半导体量子点对温度非常敏感，随温度升高发光效率急剧下降，难以在大功率器件方面获得应用。再者，由于量子点的产量受限，目前的合成技术根本无法满足工业化大批量LED器件封装对荧光转换材料的用量要求。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件及其封装方法，旨在通过在封装胶中均匀混入荧光粉和纳米散射剂，从LED芯片至外界大气层，按照散射剂浓度或散射剂折射率逐层降低的原则，通过逐层喷射形成多层封装结构，构筑具有梯度折射率结构的白光LED器件透光层，提高白光LED器件对发射光的提取能力。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案:本专利技术具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，其特点在于:所述LED器件是在LED芯片上逐层封装有η层封装层，n ^ I ;在所述封装层内均匀混入荧光粉与纳米散射剂；所述封装层的折射率小于所述LED芯片的折射率，且从LED芯片向外的η层封装层的折射率逐层减小。本专利技术具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，其特点也在于:所述纳米散射剂选自纳米S12、纳米Al2O3、纳米ZrO2、纳米Si3N4、纳米T12或纳米SnO2,其折射率分别为:1.45-1.54 (S12)、1.76 (Al2O3)、2.17 (ZrO2) ,2.0(Si3N4)、2.55 (T12)和 1.9 (SnO2)，其中氮化硅为非晶型。所述封装层以透明硅胶或环氧树脂为材料。荧光粉的类型可以根据照明与信息显示不同应用要求来进行选择，可以是蓝光芯片搭配黄色荧光粉或者向其中加入适量红粉，抑或采用近紫外芯片激发红绿蓝三基色荧光粉。在多层结构的每一层中荧光粉的浓度都相同，荧光粉的浓度不随封装层而改变。本专利技术构筑梯度折射率的方案有三种:(I)在η层封装层中所用纳米散射剂相同，且从LED芯片向外的η层封装层中纳米散射剂的质量浓度逐层降低；使用同一种纳米散射剂，但从LED芯部向外逐层降低纳米散射剂浓度，越靠近LED芯片的封装层中纳米散射剂浓度越高，越靠近空气界面层的封装层中纳米散射剂浓度越小，通过控制纳米散射剂在封装胶中的浓度差，构筑梯度折射率；(2)在η层封装层中采用相同质量浓度的且具有不同折射率纳米散射剂，且从LED芯片向外的η层封装层中所用纳米散射剂的折射率逐层降低；纳米散射剂在封装胶中的浓度维持不变，但采用不同折射率的纳米散射剂，越靠近芯片的封装层中所采用的纳米散射剂折射率越大，越靠近空气界面的封装层中所采用的纳米散射剂折射率越小，由此构筑梯度折射率；(3)在η层封装层中采用不同质量浓度的且具有不同折射率纳米散射剂，且从LED芯片向外的η层封装层中所用纳米散射剂的折射率与纳米散射剂在封装层中的质量浓度皆逐层降低。这种方式兼顾上述两种做法，既改变纳米散射剂浓度又改变纳米散射剂折射率。本专利技术具有梯度折射率的多层结构白光LED器件的封装方法，其特点在于:首先分别按照不同层的封装层所需纳米散射剂的质量浓度和类型，将纳米散射剂与荧光粉添加到封装胶中，混合均匀，获得每层封装层所需的备用封装胶；然后对固定在LED支架上的LED芯片从内至外逐层喷射所述备用封装胶；最后在所有封装层的备用封装胶喷射完成后，对产品进行一次性固化，固化条件为所用封装胶的固化条件。相对应于构筑梯度折射率的三种方案，本专利技术根据需要配置备用封装胶。第一种方案是选用相同的纳米散射剂，然后按需要调控每层所用备用封装胶中纳米散射剂的浓度；第二种方案是根据需要每层选用具有不同折射率的纳米散射剂，且其在备用封装胶中的浓度相同；第三种是兼顾上述两种，即选择不同的纳米散射剂，又调整其浓度。在备用封装胶配置完成后，把每层所用的备用封装胶分别安装在不同点(灌)胶机上，工业化生产时按照机台型号依次轮流作业，对LED芯片从内至外逐层喷射；喷射结束后，把芯片LED支架连同灌封胶体放入真空烘箱，对多层胶体层进行一次性固化，固化温度和时间按照所用封装胶的使用说明进行。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在:1、本专利技术通过构筑具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有梯度折射率的多层结构白光LED器件，其特征在于：所述LED器件是在LED芯片上逐层封装有n层封装层，n≥1；在所述封装层内均匀混入有荧光粉与纳米散射剂；所述封装层的折射率小于所述LED芯片的折射率，且从LED芯片向外的n层封装层的折射率逐层减小。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，赵二龙，薛少婵，陈秀玲，邓晓蓉，张昭，蒋阳，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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