CN101071832A - 大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法 - Google Patents

Abstract

大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，涉及一种荧光粉的涂布方法。提供一种荧光粉在芯片上分布均匀，消除光圈的效果较好，LED空间发光色温差明显减小，适合低成本批量生产大功率白光发光二极管的荧光粉新型涂布方法。在二块不锈钢片上分别刻方孔A与B，两方孔中心对齐后粘在一起得模具；倒装芯片焊接到基片上；取硅树脂A和B，称取荧光粉和纳米SiO₂，先将硅树脂与荧光粉混合后将SiO₂添加其中研磨，混合均匀得粉胶混合物；将模具嵌套在芯片和基片上，使方孔B嵌套基片，方孔A嵌套在芯片四周，将搅拌均匀的粉胶混合物置于模具上表面，利用刮刀匀速刮过，用匀速升降装置取下模具，完成荧光粉涂布；将芯片放入烘箱固化。

Description

大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法

技术领域

本发明涉及一种荧光粉的涂布方法，尤其是涉及一种大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法。

背景技术

发光二极管(Lighting Emitting Diod)具有寿命长、省电节能、反应速度快、可靠性高和环保安全等优点(张国义，陈志国.固态照明光源的基石--氮化镓基白光二极管，物理学和高新技术，2004，34(11))。随着科技的进步，LED的光效得到了很大的提高，白光LED应用层面也已经逐步被开发出来，被喻为21世纪的主要照明光源。近几年，大功率白光LED得到了飞速发展，已经有进入照明领域的趋势，全世界很多科研生产部门都积极投于大功率白光LED的研发行列(甘彬，冯红年，金尚忠.大功率白色发光二极管的特性研究，光学仪器，2005，27(5))。在传统的小功率白光LED制作工程中，荧光粉的涂布方法主要是点粉，即将荧光粉和所用树脂，按一定比例混合以后，点涂在LED的芯片和反射杯之上(龙乐.发光二极管机构及技术，电子与封装，2004，4(4))。由于小功率芯片很小，点粉方式对发光效果影响不大；而如今LED已经发展到大功率，荧光粉的涂布方法却没有大的改进。但是大功率LED用芯片占据面积较大，有的已经达到1.00mm×1.00mm，点粉方式会造成荧光粉分布不均匀，如在芯片侧面和楞边上，荧光粉相对较少，在芯片上表面中间部分相对较多，往往导致在发光过程中，侧面和楞边位置会透出蓝光，在芯片上方发出荧光粉的本身颜色(黄，红，绿)，这样就会造成LED灯光在空间分布的不均匀，色温不一致，出现诸如黄圈或蓝圈等现象，影响照明效果和显色性(1、Cao X A，Stokes E B，Sandvik P.Optimization ofcurrent spreading metal layer for GaN/InGaN-based light emitting diodes[J].SolidState Electronics，2002，46：1235-1239；2、Guo X，Schubert E F.Current crowding in GaN/InGaN lightemitting diodes on insulating substrates[J].J.Appl.Phys，2000，90(8)：4191-4195)。

日本和美国一些厂家，现在利用电泳，喷涂，溅射等方法来改进荧光粉的涂覆均匀性，虽然效果可以，但是过程复杂，成本太高，不大适合低成本批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光粉在芯片上分布均匀，消除光圈的效果较好，LED空间发光色温差明显减小，适合低成本批量生产大功率白光发光二极管的荧光粉新型涂布方法。

本发明的技术方案是选择波长为440～470nm的蓝光倒装芯片，尺寸规格为1.00mm×1.00mm×0.10mm；基片的尺寸规格为2.00mm×1.50mm×0.20mm，芯片和基片的厚度均在0.15～0.35mm，但厚度略微不同的不锈钢片制作模具；选择黄、红、绿3种颜色的荧光粉a，b，c，3种荧光粉的激发和发射峰的半高宽分别是：a粉，EX_a＝440-480nm，EM_a＝510～560nm；b粉：Ex_b＝460～580nm，EM_b＝590～690nm；EX_c＝400～460nm，EM_c＝490～550nm；选择硅树脂作为荧光粉配胶，分为A/B两种成份，折射率为1.45，粘度为1200厘泊(A)，1000厘泊(B)，固化条件是80℃下30-40min；选择纳米SiO2粉末作为触变剂，其比表面积为100m²/g-300m²/g。

本发明的具体操作步骤如下：

1)制备模具：在第一块不锈钢片上刻方孔A，在第二块不锈钢片上刻方孔B，将方孔A和方孔B的中心对齐，然后将两块不锈钢片粘合在一起，得模具待用；

2)利用回流焊接的方法将倒装芯片焊接到基片上；

3)取硅树脂A和B，称取荧光粉，按质量比荧光粉∶硅树脂A∶硅树脂B＝(50～250)∶100∶100，称取纳米SiO₂，按质量比SiO₂∶A∶B＝(2～20)∶100∶100，先将硅树脂A和硅树脂B与荧光粉进行混合搅拌，待混合均匀以后将SiO₂添加其中，研磨得粉胶混合物；

4)将模具嵌套在芯片和基片上，使方孔B嵌套基片，起固定作用，方孔A嵌套在芯片四周，将搅拌均匀的粉胶混合物置于模具上表面，利用刮刀匀速刮过，用匀速升降装置取下模具，完成荧光粉涂布；

5)将涂布过荧光粉的芯片放入烘箱固化，即得到厚度均匀的荧光粉层。

方孔A的规格最好为1.10mm×(1.10～1.30mm)×1.30mm。方孔B的规格最好为2.00mm×1.50mm。方孔A四周和芯片4个侧面之间的距离等于不锈钢片超出芯片的厚度，即所要得到荧光粉层的厚度。所述的研磨可采用锥形磨。烘箱的温度最好为80℃，固化的时间最好为30～40min。

与现有的大功率白光LED的荧光粉的点粉的方法相比较，本发明所制备的荧光粉其涂布比较均匀，在发光过程中，光圈得到消除，空间色温差明显减小，发光效率提高。与电泳、喷涂和溅射等方法相比较，本发明工艺简单，成本较低，同时发光效率不会降低，适合低成本批量生产。

附图说明

图1和2为本发明实施例使用的芯片结构示意图。

图3为本发明实施例设计制造的模具结构示意图。

图4为本发明实施例模具和芯片的嵌套组合方式示意图。

图5为本发明实施例的涂覆效果示意图。

具体实施例

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1：参见图1～5，首先制备模具，选择不锈钢片3和4，不锈钢片3的厚度为0.20mm，在其上刻规格为1.10mm×1.10mm的方孔5，不锈钢片4的厚度为0.15mm，其上的方孔6的规格为2.00mm×1.50mm。取硅树脂A 10.00g和硅树脂B 10.00g，称取5.00g荧光粉黄粉a，将荧光粉黄粉a和硅树脂A与硅树脂B混合搅拌15min，待混合均匀以后称取纳米SiO₂粉0.80g加入其中，并一起倒入锥形磨继续混合均匀。将模具嵌套在芯片1和基片2上，使2.00mm×1.50mm的方孔6嵌套基片2，起固定作用，方孔5嵌套在芯片1四周，方孔5四周和芯片1四个侧面之间的距离7约等于不锈钢片超出芯片1的厚度，即所要得到荧光粉层的厚度。在模具上表面加上混合后的胶粉混合物，利用不锈钢刮刀匀速刮过，利用匀速升降装置取下模具，涂布完成。将涂布好的芯片放入烘箱，80℃下烘烤固化30min即可。这样在芯片的四周和上表面上都涂布有厚度为0.10mm荧光粉层8，非常均匀。本实施例得到的荧光粉层8比较薄，可以得到色温相对高的发光效果，同时消除了光圈，色温分布一致。

芯片1选择波长为440～470nm的蓝光倒装芯片(参见图1)，尺寸规格为1.00mm×1.00mm×0.10mm；基片2的尺寸规格为2.00mm×1.50mm×0.20mm；芯片1和基片2的厚度均在0.15～0.35mm，不锈钢片3和4的厚度略微不同。荧光粉黄粉a的激发和发射峰的半高宽分别是：EX_a＝440-480nm，EM_a＝510～560nm。选择硅树脂作为荧光粉配胶，分为硅树脂A和硅树脂B两种成份，折射率为1.45，粘度分别为1200厘泊(A)，1000厘泊(B)，选择纳米SiO₂粉末作为触变剂，其比表面积为100～300m²/g。

实施例2：与实施例1类似，首先制备模具，选择不锈钢片3和4，不锈钢片3的厚度为0.25mm，在其上刻规格为1.15mm×1.15mm的方孔5，不锈钢片4的厚度为0.15mm，其上的方孔6的规格为2.00mm×1.50mm。取10.00g硅树脂A和10.00g硅树脂B，称取7.50g荧光粉黄粉a，将荧光粉黄粉a和硅树脂A与硅树脂B混合搅拌20min，待混合均匀以后称取纳米SiO₂粉0.80g加入其中，并一起倒入锥形磨继续混合均匀。将模具嵌套在芯片1和基片2上，使2.00mm×1.50mm的方孔6嵌套基片2，起固定作用，方孔5嵌套在芯片1四周，方孔5四周和芯片1四个侧面之间的距离7约等于钢片超出芯片的厚度，即所要得到荧光粉层的厚度。在模具上表面加上混合后的胶粉混合物，利用不锈钢刮刀匀速刮过，利用匀速升降装置取下模具，涂布完成。将涂布好的芯片放入烘箱，80℃下烘烤固化40min即可。这样在芯片的四周和上表面上都涂布有厚度为0.15mm的荧光粉层8，非常均匀。本实施例得到的荧光粉层厚度中等，可以得到中等色温的发光效果，同时消除了光圈，色温分布也一致。

实施例3：与实施例1类似，首先制备模具，选择不锈钢片3和4，不锈钢片3的厚度为0.30mm，在其上刻规格为1.2mm×1.2mm的方孔。不锈钢片4的厚度为0.15mm，其上的方孔规格为2.00mm×1.50mm。取10.00g硅树脂A和10.00g硅树脂B，称取10.00g荧光粉黄粉a，将荧光粉黄粉a和硅树脂A与硅树脂B胶混合搅拌，待均匀以后称取纳米SiO₂粉0.80g加入其中，并一起倒入锥形磨继续混合均匀。将模具嵌套在芯片1和基片2上，使2.00mm×1.50mm的方孔6嵌套基片2，起固定作用，方孔5嵌套在芯片1四周，方孔5四周和芯片1四个侧面之间的距离7约等于钢片超出芯片的厚度，即所要得到荧光粉层的厚度。在模具上表面加上混合后的胶粉混合物，利用不锈钢刮刀匀速刮过，利用匀速升降装置取下模具，涂布完成。将涂布好的芯片放入烘箱，80℃下烘烤固化35min即可。这样在芯片的四周和上表面上都涂布有荧光粉层0.20mm，非常均匀。本实施例得到的荧光粉层厚度较厚，适宜获得低色温的发光效果，同时消除光圈，使色温分布一致。

实施例4：与实施例1类似，首先制备模具，选择不锈钢片3和4，不锈钢片3的厚度为0.20mm，在其上刻规格为1.10mm×1.10mm的方孔5，不锈钢片4的厚度为0.15mm，其上的方孔6规格为2.00mm×1.50mm。取10.00g硅树脂A和10.00g硅树脂B，称取7.00g荧光粉红粉b和3.00g荧光粉绿粉c，将荧光粉红粉b和荧光粉绿粉c以及硅树脂A和硅树脂B胶混合搅拌，待均匀以后称取纳米SiO₂粉0.80g加入其中，并一起倒入锥形磨继续混合，约10min即可。将模具嵌套在芯片1和基片2上，使2.00mm×1.50mm的方孔6嵌套基片2，起固定作用，方孔5嵌套在芯片1四周，方孔5四周和芯片1四个侧面之间的距离7约等于钢片超出芯片的厚度，即所要得到荧光粉层的厚度。在模具上表面加上混合后的胶粉混合物，利用不锈钢刮刀匀速刮过，利用匀速升降装置取下模具，涂布完成。将涂布好的芯片放入烘箱，80℃下烘烤固化36min即可。这样在芯片的四周和上表面上都涂布有厚度为0.10mm的荧光粉层8，非常均匀。本实施例得到的荧光粉层厚度较薄，同时利用两种颜色的荧光粉进行调配，使色温可以在大范围内变动；可以消除光圈，使色温分布一致。

本实施例选择2种颜色的荧光粉，即荧光粉红粉b和荧光粉绿粉c，2种荧光粉的激发和发射峰的半高宽分别是：荧光粉红粉b：Ex_b＝460～580nm，EM_b＝590～690nm；荧光粉绿粉c：EX_c＝400～460nm，EM_c＝490～550nm。

Claims (7)

1.大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于其步骤如下：

1)制备模具：在第一块不锈钢片上刻方孔A，在第二块不锈钢片上刻方孔B，将方孔A和方孔B的中心对齐，然后将两块不锈钢片粘合在一起，得模具待用；

2)利用回流焊接的方法将倒装芯片焊接到基片上；

3)取硅树脂A和B，称取荧光粉，按质量比荧光粉∶硅树脂A∶硅树脂B＝(50～250)∶100∶100，称取纳米SiO₂，按质量比SiO₂∶A∶B＝(2～20)∶100∶100，先将硅树脂A和硅树脂B与荧光粉进行混合搅拌，待混合均匀以后将SiO2添加其中，研磨得粉胶混合物；

4)将模具嵌套在芯片和基片上，使方孔B嵌套基片，起固定作用，方孔A嵌套在芯片四周，将搅拌均匀的粉胶混合物置于模具上表面，利用刮刀匀速刮过，用匀速升降装置取下模具，完成荧光粉涂布；

5)将涂布过荧光粉的芯片放入烘箱固化，即得到厚度均匀的荧光粉层。

2.如权利要求1所述的大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于方孔A的规格为1.10mm×(1.10～1.30mm)×1.30mm。

3.如权利要求1所述的大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于方孔B的规格为2.00mm×1.50mm。

4.如权利要求1所述的大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于方孔A四周和芯片4个侧面之间的距离等于不锈钢片超出芯片的厚度。

5.如权利要求1所述的大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于所述的研磨采用锥形磨。

6.如权利要求1所述的大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于烘箱的温度为80℃。

7.如权利要求1所述的大功率白光发光二极管的荧光粉涂布方法，其特征在于固化的时间为30～40min。