CN101345273B - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管(LED)及该发光二极管的制作方法。该发光二极管的特征在于，在晶片与封装的透明有机材料之间设置有硅胶作为隔层；该制作方法的特征在于，在封装透明有机材料的材料封装步骤之前包含有涂敷硅胶的沾胶步骤和对涂敷硅胶的发光二极管半成品进行固化的固化步骤。本发明的发光二极管及该方法制作的发光二极管具有对小功率，例如Φ5mm以下的LED无光衰，对较大功率的LED光衰小，以及耐候性好和制作成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)及该发光二极管的制作方法。
背景技术
在现有技术中，发光二极管，特别是小功率发光二极管，例如
封装的发光二极管，通常由支架、支架上的晶片、包封晶片及支架的作为透明有机材料的环氧树脂构成，或在晶片上涂敷包含有荧光粉材料的环氧树脂层(荧光粉膜)、再用环氧树脂包封该环氧树脂层、晶片及支架构成。这种LED封装工艺成熟，光路结构简单、灵活。但存在光衰大的问题。
有文献指出由封装工艺产生光衰的主要原因在于，对于低于450nm的短波长光线，容易被环氧树脂材料吸收，其吸收率高达45％。因而人们认为，白光LED的发光频谱中含有波长低于450nm的短波长光线，传统环氧树脂密封材料极易被这种短波长光线破坏，高功率白光LED的大光量更加速了密封材料的劣化，这种破坏和劣化造成LED光线通过该环氧树脂材料的通过率下降，从而引起了光衰。
下面参见图4，该图示出现有技术的
封装LED的光衰情况，其中，可见白光
封装LED的光衰最为严重。在使用了3500小时后，相对光输出只有原始时的65％，当使用了6000小时后，相对光输出更衰减至原始时的50％以下。
作为另一种透明有机材料的有机玻璃(PMMA)或聚碳酸脂(抗紫外线PC)等，相对于环氧树脂具有很好的耐候性，但它们的熔点低。当它们作为封装材料封装在晶片上时，由于晶片发出的光的能量密度大，它们与晶片接触的部分易熔化，因此不适合作为LED的封装材料。
为了防止环氧树脂的这种劣化现象，有人根据上面的光衰原因提出在LED中停止使用环氧树脂封装，而用硅胶替代环氧树脂对LED进行封装。但是硅胶封装降低了传统LED封装工艺结构的简单、灵活性，同时因硅胶价格昂贵而提高了生产成本。
发明内容
本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种低光衰、耐候性好的发光二极管及该发光二极管的制作方法。
本发明的发光二极管，包含支架和支架上的晶片，晶片上的硅胶，和包封所述硅胶的透明有机材料，其中，相对于硅胶的与晶片接触的接触面增大了透明有机材料的与硅胶接触的接触面。
本发明的制作发光二极管的方法，包含：用粘胶将晶片粘附于支架上的固晶步骤；
b)用导电线连接支架与晶片以实现电连接的电连接步骤；用硅胶涂敷晶片的沾胶步骤；对涂敷硅胶的发光二极管半成品进行固化的固化步骤；用透明有机材料封装在硅胶外围的材料封装步骤；对封装了透明有机材料的发光二极管进行固化的后固化步骤；通过上述方法使得相对于硅胶的与晶片接触的接触面增大了透明有机材料的与硅胶接触的接触面。
本发明人进一步研究发现，在LED中环氧树脂的这种劣化是从环氧树脂的与发光晶片接触的表面区域开始的，造成光线从该环氧树脂材料的劣化表面的通过率下降。其劣化程度随环氧树脂材料的这种接触表面的单位面积吸收到的短波光能量的增加而增加。尤其在现有的
白光LED的封装工艺中，上述劣化还发生在兰光激发荧光粉产生白光的过程中。在现有的
白光LED的封装工艺中，晶片上涂敷包含荧光粉材料的环氧树脂层，该层环氧树脂的劣化造成激发荧光粉的兰光通过率下降，从而引起被激发白光的减少。这种双重劣化现象导致现有的白光LED光衰严重。按照这一发现，本发明人在本申请中提出了一种通过减少LED环氧树脂受光表面上单位面积的光能量密度，并且阻断环氧树脂同荧光粉微粒受激发光外层直接接触的方法来减缓环氧树脂劣化的途径，而不是简单地停止使用环氧树脂封装。
按照本发明的发光二极管及其制作方法，在透明有机材料与晶片之间采用硅胶作为隔层，即用硅胶包封晶片后、再用透明有机材料包封硅胶作为外壳。由于硅胶对波长低于450nm的光线的吸收低于1％，因而，在硅胶的与晶片接触的表面上虽然通过波长低于450nm的光线的能量密度(即单位面积通过的光能)大，但也不会在硅胶与晶片接触的表面上发生因劣化而导致的光衰。另一方面，由于在作为外壳的透明有机材料与晶片之间隔着作为隔层的硅胶，增大了透明有机材料的与硅胶的接触面，通过增大这种接触面可使得晶片发出的波长低于450nm的光线通过硅胶后到达透明有机材料的与硅胶接触的表面时的能量密度大大下降。从而当透明有机材料为环氧树脂时放缓了环氧树脂的与硅胶接触的表面上因发生劣化而导致的光衰，延长了LED的使用寿命；当透明有机材料为有机玻璃或聚碳酸脂时，由于通过有机玻璃或聚碳酸脂的与硅胶接触的表面的光能量密度大大下降，因而所封装的有机玻璃或聚碳酸脂不会熔化，获得可靠的封装，从而使有机玻璃或聚碳酸脂封装的LED具有很好的耐候性。因此，本发明的发光二极管，由于采用了硅胶作为隔层，克服了现有技术发光二极管中存在的光衰问题，同时，保留了环氧树脂包封的传统LED封装工艺。另外，按照本发明，由于采用小量的硅胶对晶片封装后再用大量的透明有机材料包封在外部，因而与全部用硅胶封装的LED相比能降低生产成本。
附图说明
图1为显示本发明一实施例发光二极管的基本结构的立体图。
图2为显示本发明另一实施例发光二极管的基本结构的剖视图。
图3显示本发明的发光二极管的制作流程图。
图4显示现有技术
封装LED的光衰曲线图。
具体实施方式
图1示出了本发明一实施例的发光二极管的基本结构立体图。该结构中除了在晶片1上涂敷硅胶2外，其余结构与现有技术中和
的小功率LED的结构相同。在该实施例中，发光二极管包含导电性支架51、52和支架51、52上的晶片1，还包含晶片1上的硅胶2和包封硅胶2的透明有机材料3。作为透明有机材料3，可以是环氧树脂、有机玻璃或聚碳酸脂。
参见图1，在一具体结构例中，支架51、52由一对支架，即左支架51和右支架52，构成。左右支架51、52的下端部形成一对电引脚。在一对支架之一，例如左支架51的上端部形成碗杯4，晶片1位于碗杯4的底部，若晶片1为双面电极，则位于晶片1底面的电极通过碗杯4底部直接与左支架51电连接，位于晶片1上表面的电极通过导电线，例如金线与另一支架52电连接(未图示)。若晶片1为单面电极且两电极位于晶片1的上表面，则晶片1的两电极分别通过导电线，例如金线连接左右支架51、52(未图示)。硅胶2位于晶片1上，最好还包封晶片1的四周侧壁。透明有机材料3包封硅胶2，进一步可包封支架51、52。
为了将晶片1发出的兰光变为白光，可在硅胶2中混和有荧光粉。若想再把白光变为其它颜色的光，可在混和有荧光粉的硅胶2的上表面涂敷色料层或在透明有机材料中混和有色料(未图示)，但前者发出的颜色光比后者的更均匀。或者为了将兰光变为白光，可在晶片1的上表面或硅胶2(未混和有荧光粉)的上表面涂敷荧光粉膜(未图示)，用于涂敷晶片1上表面的荧光粉膜由硅胶和荧光粉混和形成，而用于涂敷硅胶2上表面的荧光粉膜可由硅胶和荧光粉混和形成或由透明有机材料和荧光粉混和形成。若想再把白光变为其它颜色的光，可在荧光粉膜的上表面涂敷色料层(未图示)或在其上表面未涂敷荧光粉膜的硅胶的上表面涂敷色料层(未图示)，或在透明有机材料中混和有色料，但涂敷色料层的LED发出的颜色光比在透明有机材料中混和有色料的更均匀。本申请中的“上表面”是指其法线方向指向LED的出光方向的表面。
作为变化例，在左支架51的上端部可不形成碗杯4，代之以形成一平台并将晶片1设置在平台上或不形成平台并将晶片1直接设置在左右支架51、52之一的上端部，也就是说，晶片1位于支架51、52上即可。硅胶2不包封晶片1的四周侧壁也可，只要位于晶片1上即可。
下面参见图2，图2示出本发明另一实施例的LED结构。这是一种功率比较大的LED的基本结构，其中，电引脚未图示。该LED结构包含具有支架功能的基板5，位于基板5上的晶片1，位于晶片1上的硅胶2及包封硅胶2的透明有机材料3。在该结构中除了在硅胶2的上表面增设透明有机材料3外，其余结构与现有技术的LED相同。关于荧光粉、荧光粉膜、色料和色料层的设置及荧光粉膜的构成与上述实施例1相同。
作为变化例，本发明的另一种LED可包含多个晶片，各晶片分设在各自的支架上，各晶片涂敷有各自的硅胶，各硅胶共用一个透明有机材料包封(外壳)，荧光粉、荧光粉膜、色料和色料层的设置及荧光粉膜的构成与上述实施例相同。在该例中，各晶片也可设置在共同的一支架上，此时各晶片可涂敷有各自的硅胶，也可共有一硅胶(层)，但透明有机材料包封共用一个。
下面参见图3说明本发明的发光二极管的制作方法。该方法分A、B、C三种。
方法A是最基本的方法，它适合于硅胶涂敷的本色LED和硅胶中混和有荧光粉的白色LED，它包含图3中的步骤S1、S2、S3、S4、S5和S6。在固晶步骤S1，用粘胶将晶片1粘附于支架51、5上，即针对实施例1的LED将晶片粘附于左支架51上端部的碗杯4的底部上，或针对实施例2的结构将晶片1粘附于基板5的上表面。进入电连接步骤S2，用导电线，例如金线连接支架51、52、5与晶片1以实现电连接，当实施例1中的晶片1是双面电极时，在S1中用导电胶作为粘胶将晶片1粘附于碗杯4底部的同时就实现了晶片1一电极与左支架51的电连接，从而在S2中只要将晶片1的上表面的另一电极用导电线，例如金线连接右支架52实现电连接即可；当实施例1中的晶片1是单面电极时，则需要在S2中用导电线，例如金线分别连接单面上的两电极与左右支架51、52。进入沾胶步骤S3，用硅胶涂敷碗杯4或基板5中的晶片1，在碗杯4或基板5(参见图2，可见基板5的四周具有隆起的周壁)内形成硅胶2，该硅胶2可隆起而高于碗杯4或基板5的周壁(参见图1和图2)，为了使LED发出白光，可在涂敷硅胶之前，先在硅胶中混和荧光粉，其中，硅胶例如可用德国瓦特公司的SLM75441A/B胶，荧光粉例如可用台湾弘大公司的00902/4-3-2/80911荧光粉。进入固化步骤S4，对涂敷硅胶2的发光二极管半成品进行固化，一般可放入烘箱内进行，固化温度在125±5℃，固化时间在85-95分钟。这里的固化温度和固化时间是根据上述产品的硅胶和荧光粉的特性设定的，它们将随硅胶和荧光粉的种类或型号而变。进入材料封装步骤S5，用透明有机材料3封装在硅胶2的外围，在图1中，透明有机材料3还封装支架51、52；在图2中，透明有机材料3封装在底板5内并隆起高于周壁。在步骤S5中，当透明有机材料为环氧树脂时，所述“封装”采用灌注工艺；当透明有机材料为有机玻璃或聚碳酸脂时，所述“封装”采用注射成型塑料工艺。进入后固化步骤S6，对封装了透明有机材料的发光二极管进行后固化处理，形成产品LED。在方法A中，若想得到其它颜色LED，可在封装透明有机材料3之前在透明有机材料中混和有色料。
方法B，它适合于涂敷荧光粉膜的白光LED，当不在硅胶中混和荧光粉而要LED发出白光，就需要在发兰光的LED中增设荧光粉膜。方法B与方法A的区别在于：在方法A的步骤S2与步骤S3之间增设在晶片1的上表面涂敷荧光粉膜的荧光粉涂敷步骤S21或在方法A的步骤S4与步骤S5之间增设在硅胶2的上表面涂敷荧光粉膜的荧光粉涂敷步骤S41，其中，用于涂敷晶片1上表面的荧光粉膜由硅胶和荧光粉混和形成，而用于涂敷硅胶2上表面的荧光粉膜可由硅胶和荧光粉混和形成或由透明有机材料和荧光粉混和形成。在方法B中，若想得到其它颜色LED，可在封装透明有机材料3之前在透明有机材料中混和有色料。
方法C，它适合于在白光LED中通过增加色料层而获得其它颜色的LED。方法C与方法B的区别在于：在方法B的步骤S21与步骤S3之间或在步骤S41与步骤S5之间增设在荧光粉膜的上表面涂敷色料层的步骤S22或步骤S42；或在未涂敷荧光粉膜的硅胶2的上表面涂敷色料层的步骤(未图示)。用色料层改变发光颜色的LED比在环氧树脂中混和色料的LED具有发光颜色更均匀的优点。
在上述制作方法中，由于涂敷晶片1上表面的荧光粉膜由硅胶和荧光粉混和形成，避免了透明有机材料3与晶片1直接接触，另外由于在透明有机材料3与晶片1之间夹着硅胶2，减少了LED的透明有机材料3受光表面上单位面积的光能量密度，因此双重减缓了由此引起的光衰。
下面接合表1和图4说明本发明的技术效果。
表1
| 日期(月/日/年) | 时间 | 电压(V) | 照度(Lux) |
| 12/20/06 | 9:00PM | 120.2 | 212 |
| 12/21/06 | 11:40PM | 121.0 | 216 |
| 12/23/06 | 2:00AM | 121.6 | 220 |
| 12/24/06 | 1:30AM | 122.1 | 220 |
| 12/25/06 | 9:20PM | 119.0 | 208 |
| 12/27/06 | 2:40AM | 120.6 | 214 |
| 12/28/06 | 9:20PM | 118.5 | 205 |
| 12/29/06 | 1:00AM | 121.2 | 214 |
| 12/30/06 | 2:15AM | 120.7 | 212 |
| 12/31/06 | 4:26AM | 121.5 | 214 |
| 01/01/07 | 11:25PM | 121.5 | 214 |
| 01/02/07 | 3:45AM | 121.9 | 216 |
| 01/02/07 | 11:05PM | 120.2 | 211 |
| 01/04/07 | 12:05AM | 122.0 | 215 |
| 01/06/07 | 2:51AM | 123.1 | 219 |
| 01/06/07 | 9:36PM | 121.0 | 210 |
| 01/07/07 | 9:55PM | 121.4 | 212 |
| 01/09/07 | 1:08AM | 122.0 | 215 |
| 01/10/07 | 10:56PM | 119.8 | 207 |
| 01/11/07 | 9:45PM | 121.6 | 211 |
| 01/12/07 | 9:30PM | 121.8 | 212 |
| 01/14/07 | 1:49AM | 121.9 | 213 |
| 01/16/07 | 10:12PM | 121.4 | 211 |
| 01/17/07 | 11:59PM | 121.6 | 210 |
| 01/19/07 | 11:35PM | 119.8 | 208 |
| 01/21/07 | 12:20AM | 120.9 | 209 |
| 01/22/07 | 1:02AM | 120.6 | 211 |
| 01/26/07 | 2:00AM | 119.8 | 211 |
| 01/27/07 | 11:59PM | 121.3 | 214 |
| 01/29/07 | 12:24AM | 120.4 | 211 |
| 02/03/07 | 1:45AM | 120.8 | 224 |
| 02/06/07 | 11:11PM | 120.6 | 222 |
| 02/07/07 | 12:57AM | 120.8 | 224 |
| 03/24/07 | 10:26PM | 121.1 | 228 |
| 03/25/07 | 6:20AM | 119.6 | 226 |
| 05/15/07 | 8:10PM | 119.9 | 212 |
为了与图4所示现有技术比较，按照本发明的方法A制作了一种
封装的白光LED样品，并对其在一固定条件下的照度进行测试，形成表1。表1表明，测试时间是从2006年12月19日至2007年5月15日，该样品LED加120V市电，LED的工作电流为20MA，在室温下连续工作了148天，约3552小时，从表1可见，未见有明显光衰。与之相比，从图4白光曲线可见，现有技术的
封装的白光LED在同样的工作时间段上光输出已衰减到该管起始通电时的65％。而且该试验直到本申请提出时仍在进行，仍未见本发明的LED样品有明显光衰。本发明与图4所示曲线相比，可见随着时间的往后推移，越能体现出本发明的优越性。
以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但是实施例中描述的细节不应构成对本发明的限定。本发明应当以所附权利要求书所限定的精髓为准。
Claims (18)
1.一种发光二极管，包含支架和支架上的晶片，晶片上的硅胶，和包封所述硅胶的透明有机材料，其特征在于，
其中，相对于硅胶的与晶片接触的接触面增大了透明有机材料的与硅胶接触的接触面。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述硅胶混和有荧光粉。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，在所述透明有机材料与所述硅胶之间设置有色料层。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包含荧光粉膜，所述荧光粉膜位于所述晶片与所述硅胶之间或位于所述硅胶与所述透明有机材料之间。
5.如权利要求4所述的发光二极管，其特征在于，在所述荧光粉膜的上表面、或在其上表面没有荧光粉膜的硅胶的上表面设置有色料层。
6.如权利要求1至5任一权利要求所述的发光二极管，其特征在于，所述透明有机材料为环氧树脂，有机玻璃，或聚碳酸脂。
7.如权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述支架为一对支架，所述晶片位于所述支架之一上。
8.如权利要求1至5任一权利要求所述的发光二极管，其特征在于，所述晶片为多个晶片。
9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述透明有机材料为环氧树脂，有机玻璃，或聚碳酸脂。
10.一种制作发光二极管的方法，包含：
a)用粘胶将晶片粘附于支架上的固晶步骤；
b)用导电线连接支架与晶片以实现电连接的电连接步骤；
c)用硅胶涂敷晶片的沾胶步骤；
d)对涂敷硅胶的发光二极管半成品进行固化的固化步骤；
e)用透明有机材料封装在硅胶外围的材料封装步骤；
f)对封装了透明有机材料的发光二极管进行固化的后固化步骤；
通过上述方法使得相对于硅胶的与晶片接触的接触面增大了透明有机材料的与硅胶接触的接触面。
11.如权利要求10所述的发光二极管，其特征在于，所述透明有机材料为环氧树脂，有机玻璃，或聚碳酸脂。
12.如权利要求11所述的发光二极管，其特征在于，当所述透明有机材料为环氧树脂时，所述步骤e)中的“封装”为灌注工艺；当所述透明有机材料为有机玻璃或聚碳酸脂时，所述步骤e)中的“封装”为注射成型塑料工艺。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述硅胶混和有荧光粉。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包含在步骤d)和步骤e)之间的在硅胶的上表面涂敷色料层的色料涂敷步骤。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包含在步骤b)和步骤c)之间在晶片的上表面、或在步骤d)和步骤e)之间在硅胶的上表面涂敷荧光粉膜的荧光粉膜涂敷步骤，其中，用于涂敷晶片上表面的荧光粉膜由硅胶和荧光粉混和形成，而用于涂敷硅胶上表面的荧光粉膜可由硅胶和荧光粉混和形成或由透明有机材料和荧光粉混和形成。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包含在所述荧光粉膜的上表面、或在未涂敷荧光粉膜的硅胶的上表面涂敷色料层的色料层涂敷步骤。
17.如权利要求10至16任一权利要求所述的方法，其特征在于，在所述固晶步骤中，支架为一对支架，粘胶为导电胶，所述晶片粘附于一对支架之一上；在所述电连接步骤中，所述金线连接一对支架中另一支架和晶片。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述材料封装步骤中进一步包含封装所述一对支架。
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