CN101899301B - Led发光材料、led发光装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED发光材料及使用该发光材料的发光装置，其中，该发光材料包括垒叠的多层玻璃及位于每两层玻璃之间的荧光层，所述多层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的发光玻璃且对应的所述荧光层中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的荧光粉，或者所述多层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的发光玻璃且对应的所述荧光层中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的荧光粉。上述LED发光材料中玻璃在蓝光激发下可以发射红光或者黄光，补充了黄色荧光粉缺少的红色成分或者红色荧光粉缺少的黄色成分，提高了白光LED的显色性，并且还可以避免传统的同时使用黄粉和红粉造成发光不均匀等问题。

Description

LED发光材料、LED发光装置及制作方法

【技术领域】

本发明涉及半导体LED照明领域，尤其涉及一种LED发光材料、LED发光装置及制作方法。

【背景技术】

由于LED寿命长、能耗低、启动快等优异特点，LED器件已被广泛应用于信号灯、汽车灯、大屏幕显示及照明等领域。传统的白光LED通过蓝光LED芯片与荧光粉组合来获取白光。典型的白光LED封装工艺是在焊线后，向蓝光芯片上点入荧光粉胶再进行烘烤。采用这种封装方法可以很容易的获得白光LED，商用白光LED的发光效率已经可以做到100lm/W。

但传统的白光LED发光装置仍然存在严重的问题：由于白光LED器件的白光是通过芯片的蓝光与YAG（三价镱离子（Yb^3＋）掺入钇铝石榴石）:Ce³⁺荧光粉的黄光复合而成，缺少红色成分，造成所得到的白光LED显色性较低；若将黄粉和红粉直接混合制备一体化的粉体材料，由于黄粉和红粉的密度不一致，在制备过程中极易造成粉体分布不均匀，最终导致发光不均匀。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能使制得的LED发光装置显色性优异、发光均匀的LED发光材料及其制备方法。

此外，还有必要提供一种显色性优异，发光均匀的LED发光装置及其制造方法。

一种LED发光材料，包括垒叠的多层玻璃及位于每两层玻璃之间的荧光层，所述多层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的发光玻璃且对应的所述荧光层中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的荧光粉，或者所述多层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的发光玻璃且对应的所述荧光层中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的荧光粉。

优选的，所述多层玻璃为两层玻璃，所述两层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的发光玻璃且对应的所述荧光层为在蓝光激发下发射黄光的荧光粉，或者所述两层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的发光玻璃且对应的所述荧光层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的荧光粉。

优选的，所述在蓝光激发下发射红光或橙红光的发光玻璃为掺杂有Eu³⁺、Sm³⁺或Pr³⁺中至少一种离子的发光玻璃；所述在蓝光激发下发射黄光的荧光粉为掺Ce³⁺的钇铝石榴石体系荧光粉、掺Ce³⁺的铽铝石榴石体系荧光粉或Eu²⁺激活的硅酸盐体系荧光粉中的至少一种；所述在蓝光激发下发射黄光的发光玻璃为掺杂了Ce³⁺的YAG陶瓷发光玻璃；所述在蓝光激发下发射红光或橙红光的荧光粉为Eu²⁺激活的硅酸盐体系红色荧光粉、Eu²⁺激活的氮化物体系红色荧光粉或Ce³⁺激活的石榴石体系红色荧光粉中的至少一种。

优选的，所述多层玻璃与荧光层为一体设计，多层玻璃通过软化熔合在一起将荧光层夹在中间。

一种上述LED发光材料的制备方法，选择在蓝光激发下发出相应颜色可见光的多层玻璃和荧光粉；根据预设的玻璃层数，在玻璃表面涂敷荧光粉；在荧光粉上覆盖玻璃，以形成具有多层玻璃且每两层玻璃之间夹有荧光层的LED发光材料。

优选的，还包括对所述多层玻璃进行加热使玻璃软化与荧光层熔合而形成一体化结构的步骤。

一种LED发光装置，包括LED芯片、固定LED芯片的基座及涂敷在LED芯片周围的透明封装材料，此外，还包括覆盖在所述透明封装材料之上与透明封装材料紧密接触的上述LED发光材料。

优选的，所述透明封装材料为环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、热塑性材料或聚氨酯材料中的至少一种。

一种LED发光装置的制造方法，将LED芯片固定在基座上，在LED芯片周围填充透明封装材料；在所述透明封装材料上覆盖上述LED发光材料；将上述覆盖有LED发光材料的透明封装材料移至烘箱中保温，使透明封装材料完全凝固，即得所述LED发光装置。

优选的，所述透明封装材料为环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、热塑性材料或聚氨酯材料中的至少一种。

上述LED发光材料中玻璃在蓝光激发下可以发射红光或者黄光，补充了黄色荧光粉缺少的红色成分或者红色荧光粉缺少的黄色成分，提高了白光LED的显色性，并且还可以避免传统的同时使用黄粉和红粉造成发光不均匀等问题。

使用上述LED发光材料进行传统的白光LED封装，工艺简便、制得的LED发光装置性能可靠、一致性好且成本较低。

【附图说明】

图1为LED发光材料的结构示意图。

图2为LED发光装置的一实施例剖面图。

图3为实施例1中LED发光材料的制备过程示意图。

图4为实施例1的LED发光材料中发光玻璃在465nm光激发下的发射光谱。

【具体实施方式】

下面主要结合附图和具体实施例说明上述LED发光材料及LED发光装置的结构。

如图1所示，该LED发光材料包括垒叠的多层玻璃110及位于每两层玻璃110之间的荧光层120，其中，至少有一层玻璃110可在蓝光激发下发射红光或橙红光，且对应的荧光层120中至少有一层可在蓝光激发下发射黄光；或者至少有一层玻璃110可在蓝光激发下发射黄光，且对应的荧光层120中至少有一层可在蓝光激发下发射红光或橙红光。

上述在蓝光激发下发射红光或橙红光的玻璃110为掺杂有Eu³⁺、Sm³⁺或Pr³⁺中至少一种发光离子的发光玻璃；在蓝光激发下发射黄光的荧光层120为掺Ce³⁺的钇铝石榴石体系荧光粉、掺Ce³⁺的铽铝石榴石体系荧光粉或Eu²⁺激活的硅酸盐体系荧光粉中的至少一种；在蓝光激发下发射黄光的玻璃110为掺杂了Ce³⁺的YAG陶瓷发光玻璃；在蓝光激发下发射红光或橙红光的荧光层120为Eu²⁺激活的硅酸盐体系红色荧光粉、Eu²⁺激活的氮化物体系红色荧光粉或Ce³⁺激活的石榴石体系红色荧光粉中的至少一种。优选的，蓝光是指波长在420-490nm范围内的可见光。

LED发光材料的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：选择在蓝光激发下发出相应颜色可见光的多层玻璃和荧光粉；

选用平板状的玻璃，厚度不超过3mm，优选的不超过1mm。

步骤S2：根据预设的玻璃层数，在玻璃表面涂敷荧光粉；

通过丝网印刷技术或喷涂技术将荧光粉涂敷在玻璃上，荧光粉的厚度不超过80μm，优选的不超过40μm。

步骤S3：在荧光粉上覆盖玻璃，以形成具有多层玻璃且每两层玻璃之间夹有荧光层的LED发光材料。

将涂敷荧光粉的玻璃进行垒叠，荧光粉夹在每两层玻璃之间，加热使玻璃软化熔合在一起，从而形成中间夹有荧光层的一体化设计的LED发光材料.

其中，上述步骤S3还包括：对所述多层玻璃进行加热使玻璃软化与荧光层熔合而形成一体化结构的步骤。玻璃的软化温度小于1200℃，优选的小于800℃。

如图2所示为LED发光装置的一实施例结构图，该LED发光装置包括LED芯片210，固定LED芯片210的基座220、涂敷在LED芯片周围的透明封装材料230及覆盖在透明封装材料230之上与其紧密接触的LED发光材料240。

所述LED发光装置的制造方法，包括以下步骤：

步骤1：将LED芯片210固定在基座220上，在LED芯片210周围填充透明封装材料230；

步骤2：在所述透明封装材料230上覆盖上述LED发光材料240；

步骤3：将上述覆盖有LED发光材料240的透明封装材料230移至烘箱中保温，使透明封装材料230完全凝固，即得所述LED发光装置。

其中，步骤3具体包括：将所述透明封装材料230在100℃～130℃温度范围内保温1～4h预固化，然后在140℃～170℃温度范围内保温1～8h完全固化而完成LED发光装置的封装。

优选的，透明封装材料230为环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、热塑性材料或聚氨酯材料中的至少一种。

LED发光材料中玻璃在蓝光激发下可以发射红光或者黄光，补充了黄色荧光粉缺少的红色成分或者红色荧光粉缺少的黄色成分，提高了白光LED的显色性，并且还可以避免传统的同时使用黄粉和红粉造成发光不均匀等问题。

以下为具体实施例部分：

实施例1

在本实施例中，所用的玻璃组成为钠硼硅体系掺杂Eu³⁺的红色发光玻璃(图4是其在465nm蓝光激发下的发射光谱)，将玻璃切割成所需形状后打磨、抛光，厚度控制在0.5mm，制成3×3cm²的玻璃板。YAG:Ce³⁺体系荧光粉采用市售商业荧光粉（大连路明发光科技股份有限公司提供，产品型号为LMY-65-C）。制备包含YAG:Ce³⁺荧光粉的LED发光材料的工艺流程如图3所示。首先利用丝网印刷技术在所制得的玻璃板301上涂敷上一层30μm厚的YAG:Ce³⁺荧光层302，在荧光层302的上部再放置另外一玻璃板303，将其整体放在一平面金属板304上，在玻璃板的四周放置可调节高度的阻隔物305，然后在玻璃板303的上部放一重物306，阻隔物305的作用在于控制玻璃在加热软化后和在重物306的压力下一体化玻璃的最终厚度。将夹有荧光层的玻璃板303、金属板304、阻隔物305及重物306一起放入到高温电炉中，加热到530℃，保温90分钟，使玻璃板301、303软化并在重物的压力作用下上下玻璃结合在一起，制得具有两层玻璃结构的LED发光材料307。

LED发光装置的制造流程：首先将5×5阵列的465nm蓝光LED芯片固定在基座上，在蓝光LED芯片上填充硅树脂，然后，在硅树脂上覆盖使用了掺Eu³⁺发光玻璃的LED发光材料，随后，将所得LED移至烘箱中，于120℃中保温2小时，使硅树脂预固化，后于160℃中保温2小时，使硅树脂完全凝固，得到高显色性的白光LED发光装置。

实施例2

在本实施例中，所用的玻璃组成为钠硼铝体系掺杂Sm³⁺的红色发光玻璃，LED发光材料的制备方法同实施例1，不再赘述，不同之处在于，所用荧光粉的涂敷方式为喷涂法，所用荧光粉为黄色荧光粉硅酸盐（大连路明发光科技股份有限公司提供，产品型号为LMS-560-B）。

LED发光装置的制造流程：首先将5×5阵列的420nm蓝光LED芯片固定在支架中，在蓝光LED芯片上填充硅树脂，然后，在硅树脂上覆盖使用了掺Sm³⁺发光玻璃的LED发光材料，并在LED发光材料上方再覆盖一层硅树脂，随后，将所得LED移至烘箱中，于100℃中保温4小时，使硅树脂预固化，后于140℃中保温8小时，使硅树脂完全凝固，得到高显色性的白光LED发光装置。

实施例3

在本实施例中，所用的玻璃组成为钠硼钇铝体系YAG:Ce³⁺的黄色发光玻璃，LED发光材料的制备方法同实施例1，不再赘述，不同之处在于，所用荧光粉的涂敷方式为喷涂法，所用荧光粉为红色荧光粉硅酸盐（大连路明发光科技股份有限公司提供，产品型号为LMS-630-B）。

LED发光装置的制造流程：首先将5×5阵列的470nm蓝光LED芯片固定在支架中，在蓝光LED芯片上填充硅树脂，然后，在硅树脂上覆盖使用了YAG:Ce³⁺发光玻璃的LED发光材料，并在LED发光材料上方再覆盖一层硅树脂，随后，将所得LED移至烘箱中，于130℃中保温1小时，使硅树脂预固化，后于170℃中保温1小时，使硅树脂完全凝固，得到高显色性的白光LED发光装置。

实施例4

在本实施例中，所用的玻璃组成为钠钇硼体系掺杂Pr³⁺的红色发光玻璃，将玻璃切割成所需形状后打磨、抛光，厚度控制在0.5mm，制成3×3cm²的玻璃板。YAG:Ce³⁺体系荧光粉采用市售商业荧光粉（大连路明发光科技股份有限公司提供，产品型号为LMY-65-C）。制备包含YAG:Ce³⁺荧光粉的LED发光材料的工艺流程为：首先利用丝网印刷技术在所制得的玻璃板上涂敷上一层20μm厚的YAG:Ce³⁺荧光层，在荧光粉层的上部再放置另外一玻璃板，在这个玻璃板上利用丝网印刷技术再涂敷上一层20μm厚的YAG:Ce³⁺荧光层，再在荧光层的上部再放置第三块玻璃板，再将其整体放在一平面金属板上，在玻璃板的四周放置可调节高度的阻隔物，然后在玻璃板的上部放一重物，阻隔物的作用在于控制玻璃在加热软化后和在重物的压力下一体化玻璃的最终厚度。将夹有荧光层的玻璃板、金属板、阻隔物及重物一起放入到高温电炉中，加热到530℃，保温90分钟，使玻璃板软化并在重物的压力作用下上下玻璃结合在一起，制得具有3层玻璃结构的LED发光材料。

LED发光装置的制造流程：首先将5×5阵列的450nm蓝光LED芯片固定在基座上，在蓝光LED芯片上填充硅树脂，然后，在硅树脂上覆盖使用了掺Pr³⁺发光玻璃的LED发光材料，随后，将所得LED移至烘箱中，于120℃中保温2小时，使硅树脂预固化，后于160℃中保温2小时，使硅树脂完全凝固，得到高显色性的白光LED发光装置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种LED发光材料，其特征在于，包括垒叠的两层玻璃及夹设于所述两层玻璃之间的荧光层，所述两层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的发光玻璃且对应的所述荧光层中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的荧光粉，或者所述两层玻璃中至少有一层为在蓝光激发下发射黄光的发光玻璃且对应的所述荧光层中至少有一层为在蓝光激发下发射红光或橙红光的荧光粉；所述玻璃为钠硼硅体系掺杂Eu³⁺的红色发光玻璃；所述荧光层的材料为YAG:Ce³⁺体系荧光粉；所述两层玻璃与荧光层为一体设计，两层玻璃通过软化熔合在一起将荧光层夹在中间。

2.一种权利要求1所述的LED发光材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先利用丝网印刷技术在玻璃板上涂敷上一层30μm厚的YAG:Ce³⁺荧光层，在荧光层的上部再放置另外一玻璃板，将其整体放在一平面金属板上，在玻璃板的四周放置可调节高度的阻隔物，然后在玻璃板的上部放一重物，阻隔物的作用在于控制玻璃在加热软化后和在重物的压力下一体化玻璃的最终厚度，将夹有荧光层的玻璃板、金属板、阻隔物及重物一起放入到高温电炉中，加热到530℃，保温90分钟，使两块玻璃板软化并在重物的压力作用下上下玻璃结合在一起，制得具有两层玻璃结构的LED发光材料。

3.一种LED发光装置，包括LED芯片、固定LED芯片的基座及涂敷在LED芯片周围的透明封装材料，其特征在于，还包括覆盖在所述透明封装材料之上与透明封装材料紧密接触的如权利要求1所述的LED发光材料，所述透明封装材料为硅树脂。

4.一种LED发光装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

将LED芯片固定在基座上，在LED芯片周围填充透明封装材料；

在所述透明封装材料上覆盖如权利要求1所述的LED发光材料；

将上述覆盖有LED发光材料的透明封装材料移至烘箱中于120℃中保温2小时，使硅树脂预固化，后于160℃中保温2小时，使透明封装材料完全凝固，即得所述LED发光装置；

其中，所述透明封装材料为硅树脂。

Images