CN101521257A - 一种预制荧光粉薄膜型白光led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构，由光学透镜1、荧光粉与粘结剂预制薄膜层2、芯片5、中间镂空的支架6组成；荧光粉与粘结剂的预制薄膜层2粘结在光学透镜上1平面上，芯片5置于中间镂空支架6的底部的中间位置，粘有荧光粉与粘结剂预制薄膜层的光学透镜1和支架6固定在一起，光学透镜1和支架6中间空隙处填充满粘结剂。采用本封装结构制造的白光LED，出光一致性将大幅提高，各种光学参数将非常稳定，同批次或者不同批次之间的差别将大大缩小，另外还可以提高生产效率。由于荧光粉不和芯片直接接触，因此可以明显减小荧光粉因为芯片发热而引起的发光衰减。
Description
技术领域
本发明涉及一种白光LED封装结构及其制备方法，属于固体照明领域。
背景技术
LED(发光二极管)作为一种新型固体光源，因其具有体积小、反应速度快，抗震性好、寿命长、尤其节能环保等优点而快速发展。近几年已经被广泛应用于大屏幕显示、交通信号灯、景观照明、路灯照明等领域。
由于技术发展的原因，目前主流的白光LED制造方法是蓝光芯片+黄色荧光粉，其具体工艺为：先将芯片固定在支架上，连接好电路；接着按一定比例称取荧光粉和硅胶，将二者混匀后放入真空干燥器内排气泡(至少需要30分钟)，然后将荧光粉与硅胶的混合物涂敷到芯片上(也叫点胶)，然后加热使其固化，接着用一个透明塑料透镜盖在上面，中间空隙内以硅胶，再次加热使硅胶固化，即可制成白光LED成品。
在上述LED封装工艺过程中，荧光粉涂层存在着三个关键问题：一是荧光粉浓度难以自始至终保持高度的均匀性，由于荧光粉在硅胶中是保持一定的颗粒度的，而且荧光粉有一定的重量，其密度较硅胶也大很多，因此虽然硅胶较为粘稠，荧光粉在其中仍然会慢慢沉淀，而排气泡的时间较长，间接的促进了荧光粉的沉淀，所以，在点胶的时候，开始点的胶中荧光粉浓度较大，越往后，浓度则越低，由此导致了不同批次甚至是相同批次制造出的LED期间出光色度不完全相同，最后工厂必须将制造出来的LED按照颜色误差或者色温等参数进行分类。；二是单个芯片上点胶的厚度难以做到一致，由于点胶机每次点出的胶均近似球形，所以固化后的荧光粉涂层必然是中间厚，四周薄，最后封装出LED的光色度从中间和四周看必然不一致，中间偏黄，四周偏蓝；三是荧光粉受热而引起的发光衰减问题，由于现行LED封装工艺都是直接将荧光粉和硅胶的混合物点胶到芯片上，而芯片在工作时，会散发出大量的热，使芯片周围的温度迅速升高，结果荧光粉的发光效率由于受热而不断下降，最终直接影响到LED的寿命。
在大功率白光LED迅速发展的今天，芯片面积越来越大，这意味着荧光粉涂层的面积也要越来越大，均匀度也要更高，芯片周围的温度也会保持在较高的水平上，这三个问题必将明显影响大功率白光LED的发展。
发明内容
本发明的目的是为了提高同批次和不同批次制造的白光LED出光的一致性，解决了单个LED出光的均匀性，同时简化了生产工艺，提高了生产效率而提供了一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构，本发明的另一目的是提供上述封装结构的制备方法。
本发明的技术方案为：一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构，由光学透镜1、荧光粉与粘结剂预制薄膜层2、芯片5、中间镂空的支架6组成；荧光粉与粘结剂的预制薄膜层2粘结在光学透镜上1平面上，芯片5置于中间镂空支架6的底部的中间位置，粘有荧光粉与粘结剂预制薄膜层的光学透镜1和支架6固定在一起，光学透镜1和支架6中间空隙处填充满粘结剂；其中所述的荧光粉与粘结剂预制薄膜层原料为荧光粉与粘结剂，荧光粉与粘结剂质量比为1∶(0.5～5)；预制薄膜层厚度为0.1mm—1mm。
优选置于中间镂空支架的底部的芯片个数为1—10个。
所述的荧光粉与粘结剂预制薄膜层厚度优选为0.2—0.4mm，荧光粉与粘结剂质量比为优选为1∶(1.5～3)。
优选上述的荧光粉为YAG:Ce3+，或者是YAG:Ce3+和至少为Ba3MgSi2O8:Eu，Mn、Ca(Mo，W)O4:Eu，Sm、(Sr，Ca)S:Eu、Sr2Si5N8:Eu、(Ca，Sr)AlSiN3:Eu或(Na，Li)Eu(W，Mo)2O8中一种的混合物，其中混合物中YAG:Ce3 +的质量占混合物总质量的20％-100％。优选所述的粘结剂为硅胶或者环氧树脂。
优选所述的光学透镜为实心半球形。优选所述的支架内壁有上大下小的阶梯；优选阶梯的二面角为直角或钝角，更优选直角。
本发明还提供了上述预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构的制备方法，其具体步骤为：
A.荧光粉与粘结剂的预制薄膜的制备：首先按荧光粉与粘结剂质量比为1：0.5～5分别称取荧光粉和粘结剂，混合均匀，用丝网印刷法将其涂敷到高分子薄膜上，制好后放入干燥器内在100—200℃下烘干1—3小时，使其完全固化，然后根据生产需要切割成一定形状及大小的薄膜片；
B.LED封装结构的组装：将步骤A制得的薄膜片用同步骤A相同的粘结剂粘到实心半球形的光学透镜的平面上，放入干燥器内在100—200℃下烘干0.5—1小时；然后将芯片固定在中间镂空的支架上，连接好芯片与支架间的电路；再将制好的粘有荧光粉预制薄膜层的实心半球形光学透镜整体固定在支架上，粘有薄膜片的一侧固定在内侧，在薄膜片和芯片之间的空隙处填充同步骤A相同的粘结剂，最后将固定好的整体放入干燥器内在100—200℃下烘干1—5小时，得到预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构。
有益效果：
(1)荧光粉与硅胶的预制薄膜，制备工艺简单，薄膜的厚度、大小和荧光粉含量控制方便，进而保证生产的白光LED同批次或不同批次之间的高度一致性。
(2)将预制的荧光粉与硅胶薄膜粘结在光学透镜的平面，使其形成一个整体，然后直接和粘结好芯片的支架固定在一起，提高了操作的方便性，同时提高了生产效率。
(3)在中间镂空的支架内壁设计一个阶梯结构，使预制的荧光粉与硅胶薄膜片完全将芯片的出光路径挡住，可以有效的防止因为四周的蓝光漏光而引起的各个角度出光不匀的问题。
(4)由于荧光粉不和芯片直接接触，而是保持一定的距离，由于芯片散热而引起的温度升高对荧光粉发光衰减的影响将明显减弱，这对延长荧光粉的寿命乃至LED灯的寿命将有很大的帮助。
附图说明
图1.采用本发明所述结构的单个白光LED灯示意图，图中：1、光学透镜；2、荧光粉与硅胶预制薄膜；3、阶梯(直角)；4、硅胶；5、芯片；6、支架。
具体实施方式
实施例1.称取3g YAG:Ce3+荧光粉、3g硅胶，混合均匀，用丝网印刷法涂敷成0.2mm厚的薄膜，放入真空干燥器内在120℃下加热固化1小时，取出薄膜，切割成直径为3mm的小圆片。在光学透镜内侧上涂敷少许硅胶，将预制的荧光粉与硅胶的小片粘于其上，放入真空干燥器内在120℃加热固化30分钟，待用。将一个芯片粘结在中间镂空的支架底部中间，焊接好电路，然后将准备的粘有荧光粉与硅胶预制薄膜的光学透镜固定在支架上，中间空隙处注入硅胶，将这一整体放入真空干燥器内在120℃下加热1小时固化，即可得到白光LED灯成品。
实施例2.称取1g YAG:Ce3+荧光粉和4g硅胶，混合均匀，用丝网印刷法涂敷成0.3mm厚的薄膜，放入真空干燥器内在150℃下加热固化1小时，取出薄膜，切割成2×2mm的小片。在光学透镜内侧上涂敷少许硅胶，将预制的荧光粉与硅胶的小片粘于其上，放入真空干燥器内在120℃加热固化30分钟，待用。将芯片粘结在中间镂空的支架底部中间，焊接好电路，然后将准备的粘有荧光粉与硅胶预制薄膜片的光学透镜固定在支架上，中间空隙处注入硅胶，将这一整体放入真空干燥器内在120℃下加热2小时固化，即可得到白光LED灯成品。
实施例3.称取0.5gYAG:Ce3+荧光粉、1gLiEuW2O8荧光粉和2g环氧树脂，混合均匀，用丝网印刷法涂敷成0.4mm厚的薄膜，放入真空干燥器内在100℃下加热固化2小时，取出薄膜，切割成2×2mm的小片。在光学透镜内侧上涂敷少许环氧树脂，将预制的荧光粉与环氧树脂的小片粘于其上，放入真空干燥器内在120℃加热固化30分钟，待用。将芯片粘结在中间镂空的支架底部中间，焊接好电路，然后将准备的粘有荧光粉与环氧树脂预制薄膜片的光学透镜固定在支架上，中间空隙处注入环氧树脂，将这一整体放入真空干燥器内在120℃下加热2小时固化，即可得到白光LED成品。
实施例4.称取2g YAG:Ce3+荧光粉，1gSr2Si2N8:Eu2+荧光粉，1g型硅胶，混合均匀，用丝网印刷法涂敷成0.6mm厚的薄膜，放入真空干燥器内在120℃下加热固化1小时，切割成3×3mm的小片。在光学透镜内侧上涂敷少许硅胶，将预制的荧光粉与硅胶的小片粘于其上，放入真空干燥器内在150℃加热固化30分钟，待用。将芯片粘结在中间镂空的支架底部中间，焊接好电路，然后将准备的粘有荧光粉与硅胶预制薄膜片的光学透镜固定在支架上，中间空隙处注入硅胶，将这一整体放入真空干燥器内在150℃下加热1小时固化，即可得到白光LED成品。
实施例5.称取2g YAG:Ce3+荧光粉，1g(Ca，Sr)AlSiN3:Eu荧光粉，2g环氧树脂，将其混合均匀，用丝网印刷法涂敷成0.1mm厚的薄膜，放入真空干燥器内在120℃下加热固化1小时，切割成直径为2mm的小片。在光学透镜内侧上涂敷少许环氧树脂，将预制的荧光粉与环氧树脂的小片粘于其上，放入真空干燥器内在150℃加热固化30分钟，待用。将芯片粘结在中间镂空的支架底部中间，焊接好电路，然后将准备的粘有荧光粉与环氧树脂预制薄膜片的光学透镜固定在支架上，中间空隙处注入环氧树脂，将这一整体放入真空干燥器内在150℃下加热1小时固化，即可得到白光LED成品。
Claims (8)
1.一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构，由光学透镜(1)、荧光粉与粘结剂预制薄膜层(2)、芯片(5)和中间镂空的支架(6)组成；荧光粉与粘结剂的预制薄膜层(2)粘结在光学透镜上(1)平面上，芯片(5)置于中间镂空支架(6)的底部的中间位置，粘有荧光粉与粘结剂预制薄膜层的光学透镜(1)和支架(6)固定在一起，光学透镜(1)和支架(6)中间空隙处填充满粘结剂；其中所述的荧光粉与粘结剂预制薄膜层(2)原料为荧光粉和粘结剂，荧光粉与粘结剂质量比为1：(0.5～5)，预制薄膜层(2)的厚度为0.1mm—1mm。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于置于中间镂空支架的底部的芯片个数为1—10个。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于其特征在于所述的荧光粉为YAG:Ce3+，或是YAG:Ce3+和至少为Ba3MgSi2O8:Eu，Mn、Ca(Mo，W)O4:Eu，Sm、(Sr，Ca)S:Eu、Sr2Si5N8∶Eu、(Ca，Sr)AlSiN3:Eu或(Na，Li)Eu(W，Mo)2O8中一种的混合物，其中混合物中YAG:Ce3+的质量占混合物总质量的20％-100％。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于所述的粘结剂为硅胶或者环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于所述的光学透镜为实心半球形。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于所述的支架内壁有上大下小的阶梯。
7.根据权力要求6所述的所述的封装结构，其特征在于所述的阶梯的二面角为直角或钝角。
8、一种预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构的制备方法，其具体步骤为：
A.荧光粉与粘结剂的预制薄膜的制备：首先按荧光粉与粘结剂质量比为1：0.5～5分别称取荧光粉和粘结剂，混合均匀，用丝网印刷法将其涂敷到高分子薄膜上，制好后放入干燥器内在100—200℃下烘干1—3小时，使其完全固化，然后根据生产需要切割成一定形状及大小的薄膜片；
B.LED封装结构的组装：将步骤A制得的薄膜片用同步骤A相同的粘结剂粘到实心半球形的光学透镜的平面上，放入干燥器内在100—200℃下烘干0.5—1小时；然后将芯片固定在中间镂空的支架上，连接好芯片与支架间的电路；再将制好的粘有荧光粉预制薄膜层的实心半球形光学透镜整体固定在支架上，粘有薄膜片的一侧固定在内侧，在薄膜片和芯片之间的空隙处填充同步骤A相同的粘结剂，最后将固定好的整体放入干燥器内在100—200℃下烘干1—5小时，得到预制荧光粉薄膜型白光LED封装结构。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: LIGHT INDUSTRY DEPARTMENT THE Research Institute OF NANJING ELECTRIC LIGHT SOURCE MATERIALS Assignor: Nanjing Tech University Contract record no.: 2010320000901 Denomination of invention: White-light LED package structure with prefabricated fluorescent powder film License type: Exclusive License Open date: 20090902 Record date: 20100712 |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20090902 Assignee: JIANGSU YONG SHI LIGHTING Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Tech University Contract record no.: 2013320000215 Denomination of invention: White-light LED package structure with prefabricated fluorescent powder film and preparation method Granted publication date: 20110316 License type: Common License Record date: 20130322 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20090902 Assignee: JIANGSU HAODE ENERGY-SAVING PHOTOELECTRICITY TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: Nanjing Tech University Contract record no.: 2015320000144 Denomination of invention: White-light LED package structure with prefabricated fluorescent powder film and preparation method Granted publication date: 20110316 License type: Common License Record date: 20150407 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: JIANGSU YONG SHI LIGHTING Co.,Ltd. Assignor: Nanjing Tech University Contract record no.: 2013320000215 Date of cancellation: 20191206 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110316 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |