CN101769507B

CN101769507B - 具荧光粉的基板与白光led光源组件的制造方法

Info

Publication number: CN101769507B
Application number: CN2008101889686A
Authority: CN
Inventors: 林仁钧; 蔡宪宗; 王书任
Original assignee: CHINA ENAMEL FRIT MAKING Co Ltd
Current assignee: CHINA ENAMEL FRIT MAKING Co Ltd
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: CN101769507A

Abstract

本发明提供一种具荧光粉的基板与白光LED光源组件的制造方法。上述具荧光粉的基板的制造方法包括提供一荧光粉和一助熔剂，并使其均匀混合。覆烧混合后的该荧光粉和该助熔剂使其成为半熔状的一玻璃体。将该玻璃体研磨成一荧光粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上，以及加热该荧光粉体使其成一荧光膜于该基板上。

Description

具荧光粉的基板与白光LED光源组件的制造方法

技术领域

本发明系有关于一种具荧光粉基板的制造方法，特别有关于一种应用于白光发光组件的荧光粉陶瓷玻璃基板的制造方法。

背景技术

传统固态半导体白光光源主要有以下三种方式，第一种白光光源是以红、蓝、绿三色发光二极管晶粒组成白光发光模块，其具有高发光效率、高演色性优点，但同时也因不同的颜色晶粒，需配合不同的磊晶材料，连带使得电压特性也随之不同。因此，导致制造成本偏高，控制线路设计复杂，且混光调整不易。

第二种白光光源是以蓝光发光二极管，并激发黄色钇铝石榴石(YAG)荧光粉产生白光。此种方式为目前市场主流趋势，在蓝光发光二极管芯片的外围，填充混有黄光YAG荧光粉的光学胶，此蓝光发光二极管芯片所发出蓝光的波长约为400～530nm，利用蓝光发光二极管芯片所发出的光线激发黄光荧光粉产生黄色光。但同时也会有部份的蓝色光发射出来，此部份蓝色光配合上荧光粉所发出的黄色光，即形成蓝黄混合的二波长的白光。然而，此种利用蓝光发光二极管芯片与黄光荧光粉组合而成的白光发光二极管，有下列数种缺点：第一、由于蓝光占发光光谱的大部分，因此会有色温偏高与点胶所造成发光不均匀的现象。第二、因蓝光发光二极管发光波长会随温度提升而改变，进而造成白光源颜色控制不易，甚至导致散热不易的问题。第三、因发光红色光谱较弱，造成演色性较差的现象。

第三种白光光源是以紫外光发光二极管激发透明光学胶中含均匀混有一定比例的蓝色、绿色、红色荧光粉，激发后可得到三波长的白光。此三波长白光发光二极管具有高演色性的优点，但却有发光效率不足、透明光学胶易老化的缺点。

再者，针对白光LED封装技术方面，在发展高功率以及大面积LED照明模块时，其散热问题将严重影响到组件寿命之外，现行LED封装上常用的点胶、封灌、模压工艺方式，因所采用的环氧树脂易在使用过程中变稠，导致较难控制气泡、缺料、黑点以及荧光胶中荧光粉沉淀等缺陷，进而使得发光均匀度无法保持一致，且易造成产品的发光色差。

发明内容

本发明实施例提出一种藉由结合陶瓷玻璃熔剂与荧光粉材料，并可施用于玻璃、陶瓷基板上，进而制得一种应用于白光LED光源发光组件的制造方法。

本发明的实施例提供一种具荧光粉的基板的制造方法，包括：提供一荧光粉和一助熔剂(glass flux)，并使其均匀混合；覆烧(reheat)混合后的该荧光粉和该助熔剂使其成为半熔状的一玻璃体(semi-molten glass)；将该玻璃体研磨成一荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上；以及加热该荧光玻璃粉体使其成一荧光膜于该基板上。

本发明的实施例另提供一种白光LED光源组件的制造方法，包括：提供一荧光粉和一助熔剂，并使其均匀混合；覆烧混合后的该荧光粉和该助熔剂使其成为半熔状的一玻璃体；将该玻璃体研磨成一荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上；加热该荧光玻璃粉体使其成一荧光膜于该基板上；切割具荧光膜的该基板成预定尺寸并与一LED芯片组合。

附图说明

图1系显示根据本发明的一实施例的制造白光LED光源组件的流程示意图。

图2系显示本发明实施例的白光LED光源封装体的剖面示意图。

附图中的标号说明如下：

S10a-S70～白光LED光源组件制造方法的步骤；

100～基板；

120～荧光膜；

200～蓝光LED芯片；

BL～蓝光；

WL～白光。

具体实施方式

为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

以下以各实施例详细说明并伴随着图式说明的范例，做为本发明的参考依据。在图式或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在图式中，实施例的形状或是厚度可以扩大，并以简化或是方便标示。再者，图式中各组件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的组件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式，另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。

本发明的一实施例提供一种可制得白光LED光源荧光粉陶瓷基板组件的制造方法。更明确地说，利用陶瓷玻璃熔剂搭配上各种荧光粉烧制在玻璃或陶瓷基板上，以制作成为高功率白光LED发光组件。

图1系显示根据本发明的一实施例的制造白光LED光源组件的流程示意图。请参阅图1，首先分别提供一荧光粉(步骤S10b)和一助熔剂(步骤S10b)，并使其一定比例均匀混合。接着，覆烧(reheat)混合后的该荧光粉和该助熔剂(步骤S20)，并使其淬冷，使其成为半熔状的一玻璃体(步骤S30)。将该玻璃体研磨成一荧光玻璃粉体(步骤S40)，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上(步骤S50)。加热该荧光玻璃粉体使其成一荧光膜于该基板上(步骤S60)。裁切具荧光膜的该基板成预定尺寸并与一蓝光LED芯片封装组合成一白光LED光源组件(步骤S70)。

本发明的一实施例提供一种具荧光粉陶瓷基板的制造方法，该荧光粉陶瓷基板可做为白光LED光源组件的光学转换器。根据本发明的一实施例，利用陶瓷玻璃熔剂配合荧光粉材料，经过适当比例混合之后，将混合物进行热处理成为均一的熔融状态玻璃物、此熔融状物质经水淬后，成为一种均一状态玻璃，将此玻璃经过研磨、烘干、粉碎、过筛程序后，即得荧光玻璃颜料。

将此荧光玻璃颜料涂布于一基板上，例如以涂布法、网印法、转印法、喷墨法形成于陶瓷或玻璃基板上，以达成一均匀的荧光涂布层，经过加热处理让涂布层与基板能够充分结合，可得到所需的荧光粉陶瓷基板，将此基板按白光LED封装所需尺寸需求进行裁切之后，并组装，即可应用于白光LED光源封装时的发光组件。

根据本发明的一实施例，所述的陶瓷玻璃熔剂，其主要特点在于无铅无镉，并且与荧光粉在热处理时不发生反应的组成配方，组成范围(氧化物重量百分比)例如为SiO₂：30～65％；Al₂O₃：0.1～12％；K₂O+Na₂O：4～10％；ZnO：0.1～30％；B₂O₃：6～20％；ZrO₂：0.1～7％；Li₂O：3～11％；La₂O₃：0.1～5％；BaO：0.1～5％；CaO：0.1～8％；TiO₂：0.1～5％，依实际配方组成将原料进行配料混合、熔解、淬冷、研磨、过筛、干燥、粉碎等工序之后即可得到陶瓷玻璃熔剂粉体。

再者，所述的荧光粉材料为在波长范围254～550nm可发生吸收及放射波谱的荧光材料，其至少包括黄色钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，简称YAG)，黄色铽铝石榴石(Terbium Aluminum Garnet，简称TAG)，黄色硅酸盐(Silicate)，例如具Sr₂SiO₄或Sr₃SiO₅晶相的组合物，硫化物(Sulfate)，氮化物(Nitrate)，或上述材料的任意组合。更明确地说，在紫外光(UV)或紫光、蓝光范围可被激发进而放出荧光的荧光粉皆可应用于本发明的实施例中。并根据白光LED调光目的，进行搭配组合其使用比例的材料。

根据本发明另一实施例，所述的陶瓷玻璃熔剂粉体与荧光粉经适当比例调配后进行混合，不限于采取何种混合方式，过程之中应避免任何形式铁的污染。完成混合后的混合物置入耐火匣钵之中，视玻璃陶瓷色料的组成条件，例如在700℃～1000℃的温度范围进行热处理。热处理时间为4～10分钟，经过热处理后，混合物变成半熔融状态均质的玻璃相，此时急速投入冷水之中进行淬冷。

接着，经去除水分后，以湿法球磨方式将淬冷后的固态材料研磨至细度可通过400目标准筛网的粒度大小的粉末，经烘干粉碎后，即得所需的荧光玻璃颜料。

上述的荧光颜料利用涂布、网印、转印、喷墨等方式，形成在Al₂O₃、AlN或玻璃、蓝宝石基板上，构成一均匀的荧光涂布层，并将涂上涂布层的整块基板置入电炉中，其温度视陶瓷玻璃熔剂的组成所测出的软化点温度而定，例如在550℃～1000℃的温度范围进行加热烧成。

上述烧成完成的荧光粉陶瓷基板，按白光LED封装所需尺寸需求进行裁切并封装后，即可应用于白光LED光源封装时的发光组件。

图2系显示本发明实施例的白光LED光源封装体的剖面示意图。如先前所述，将具荧光膜120的基板100成所需的尺寸，并与一蓝光LED芯片200封装组合成一白光LED光源组件。由蓝光LED芯片200所发的蓝光BL，经具荧光膜120的基板100转化成白光WL。以下列举两个具体实施例，说明本发明的白光LED光源封装体的制造方法。

具体实施例一

取800℃陶瓷低温熔剂粉末60克，其组成为(氧化物重量百分比)SiO₂：50～65％；Al₂O₃：8～12％；Na₂O：2～5％；K₂O：2～5％；B₂O₃：6～10％；ZrO₂：4～7％；Li₂O：4～8％；La₂O₃：2～5％；BaO：2～5％，与40克的YAG荧光粉，在充份混合均匀后，置于莫来石坩埚中于950℃进行加热，持温八分钟后，将熔制成半熔融状态的均匀混合物倒入冷水之中淬冷。在淬冷后，取出此半熔融状态混合物并将其研磨到可通过400目筛网的粒度大小，研磨完成后的浆料进行烘干粉碎后备用。

取上述完成的粉末100克，并加入60克印油(例如Hereaus，丝网油(SilkScreen Oil)HT-590015)进行调合，为了使分散可以均匀一致，可使用搅拌器或是三轴滚筒。混合好的油膏以51T全透墨网版印制到氧化铝基板上，氧化铝基板的厚度范围例如是0.1～0.3mm。接着，将印制后的氧化铝基板放置到高温炉中，升温至830℃后并持温五分钟后停止加热，于室温条件下自然冷却。待冷却后，取去出烧制完成具有荧光粉表面的氧化铝基板并切割成2900μm×2900μm的大小，以银胶贴合于集成四个1.225W蓝光LED芯片的模块上(蓝光波长范围400～530nm)，即可得到各别产品间相互发光亮度均匀、散热良好的大功率白光LED光源。

具体实施例二

取600℃陶瓷低温熔剂粉末70克，其组成为(氧化物重量百分比)SiO₂：30～40％；Al₂O₃：0.1～12％；K₂O：2～5；Na₂O：2～5％；ZnO：25～30％；B₂O₃：15～20％；ZrO₂：2～5％；Li₂O：8～11％；CaO：5～8％；TiO₂：2～5％，与30克的Silicate荧光粉(例如LWB，荧光粉(Fluoroscent Powder)，类型(Type)：LP-F560-20)，充份混合均匀后，置于莫来石坩埚中于750℃进行加热，持温时间五分钟后将熔制成半熔融状态的均匀混合物倒入冷水之中淬冷，淬冷后取出此半熔融状态混合物并将其研磨到可通过400目筛网的粒度大小，研磨完成后的浆料进行烘干粉碎后备用。

取上述完成的粉末100克，并加入65克印油(例如Hereaus，丝网油(SilkScreen Oil)HT-590015)进行调合，为了使分散可以均匀一致，可使用搅拌器或是三轴滚筒。混合好的油膏以100T全透墨网版印制到厚度为0.2～1.0mm的玻璃基板上。印制完成后的玻璃基板将其放置到高温炉中，升温至610℃后恒温五分钟并停止加热，于室温条件下自然冷却。冷却后，取去出烧制完成具有荧光粉表面的玻璃基板并切割成1000μm×1000μm的大小，以银胶贴合于蓝光LED芯片上(蓝光波长范围400～530nm)，即可得到各别产品间相互发光亮度均匀、散热良好的白光LED光源。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种具荧光粉的基板的制造方法，包括：

提供一荧光粉和一助熔剂，并使其均匀混合；其中该助熔剂的材质包括一无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂，并且与荧光粉在热处理时不发生反应的组成配方；

覆烧混合后的该荧光粉和该助熔剂，并使其淬冷，使其成为半熔状的一玻璃体；

将该玻璃体研磨成一荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上；以及

加热该荧光玻璃粉体使其成为一荧光膜于该基板上。

2.如权利要求第1项所述的具荧光粉的基板的制造方法，其中该荧光粉的材质为在波长范围254～550nm吸收及放射波谱的荧光材料，其包括一黄色钇铝石榴石(YAG)、一黄色铽铝石榴石(TAG)、一黄色硅酸盐(Silicate)、一硫化物(Sulfate)和一氮化物(Nitrate)或上述材料的任意组合。

3.如权利要求第1项所述的具荧光粉的基板的制造方法，其中该无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂的组成包括：SiO₂：30～65％；Al₂O₃：0.1～12％；K₂O+Na₂O：4～10％；ZnO：0.1～30％；B₂O₃：6～20％；ZrO₂：0.1～7％；Li₂O：3～11％；La₂O₃：0.1～5％；BaO：0.1～5％；CaO：0.1～8％；TiO₂：0.1～5％。

4.如权利要求第1项所述的具荧光粉的基板的制造方法，其中该基板包括一陶瓷基板或一玻璃基板。

5.如权利要求第1项所述的具荧光粉的基板的制造方法，其中该陶瓷基板包括Al₂O₃、AlN、或蓝宝石。

6.如权利要求第1项所述的具荧光粉的基板的制造方法，其中涂布该荧光粉体的步骤包括一涂布法、一网印法、一转印法或一喷墨印刷法。

7.一种白光LED光源组件的制造方法，包括：

将该玻璃体研磨成一荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上；

加热该荧光玻璃粉体使其成为一荧光膜于该基板上；

切割具荧光膜的该基板成预定尺寸并与一紫外光(UV)、紫光或蓝光LED芯片组合。

8.如权利要求第7项所述的白光LED光源组件的制造方法，其中该荧光粉的材质为在波长范围254～550nm吸收及放射波谱的荧光材料，其包括一黄色钇铝石榴石(YAG)、一黄色铽铝石榴石(TAG)、一黄色硅酸盐(Silicate)、一硫化物(Sulfate)和一氮化物(Nitrate)或上述材料的任意组合。

9.如权利要求第7项所述的白光LED光源组件的制造方法，其中该无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂的组成包括：SiO₂：30～65％；Al₂O₃：0.1～12％；K₂O+Na₂O：4～10％；ZnO：0.1～30％；B₂O₃：6～20％；ZrO₂：0.1～7％；Li₂O：3～11％；La₂O₃：0.1～5％；BaO：0.1～5％；CaO：0.1～8％；TiO₂：0.1～5％。

10.如权利要求第7项所述的白光LED光源组件的制造方法，其中该基板包括一陶瓷基板或一玻璃基板。

11.如权利要求第7项所述的白光LED光源组件的制造方法，其中该陶瓷基板包括Al₂O₃、AlN或蓝宝石。

12.如权利要求第7项所述的白光LED光源组件的制造方法，其中涂布该荧光粉体的步骤包括一涂布法、一网印法、一转印法或一喷墨印刷法。