CN101916812A - 一种发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管，至少包括支架、LED芯片和在LED芯片上的发光层，所述发光层为一种或多种能发各种颜色光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下组份：环氧树脂或改性环氧树脂、稀释剂和阳离子光引发剂。该发光层解决了在涂覆荧光粉过程中胶体凝固和荧光粉沉淀问题，提高了荧光粉在芯片上的均匀性，增加了荧光粉层与芯片的粘结度，同时缩短了发光层固化的时间。

Description

一种发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，具体涉及一种发光二极管及其制备方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是在半导体p-n结两端施加正向电压时发出紫外、可见或红外光的发光器件，是新一代的固体发光光源。由于它具有体积小、寿命长、驱动电压低、反应速度快、耐震、耐热等特性，自从1964年第一支发光二极管问世以来，人们一直没有停止研究和开发的脚步，随着发光材料的开发和半导体制作工艺的改进，以及在芯片生长过程中引入了分布式布拉格反射的结构、光学微腔和量子阱结构等，使半导体照明用的发光二极管效率在近几年得到不断提高。

随着LED产业的迅猛发展，高效LED的应用范围在逐步扩大化，相应地对其性能也日益提出更高的要求，包括亮度、显色性能、光色一致性等。改善LED性能需要重点研究的包括如何涂覆荧光粉，在点胶过程中为解决胶凝固和荧光粉在胶体中分散不均匀以及荧光粉沉淀的问题，点荧光粉所用的设备、装胶的容器等都需要保持一定的温度并不断的搅拌，但这些问题并没有被很好的解决。因此，如何解决在点胶过程中胶体凝固和荧光粉在胶体中分散不均匀以及荧光粉沉淀的问题，对改善LED的性能，甚至延长使用寿命，对于推动整个产业的持续发展具有非常重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种发光二极管及其制备方法，该方案解决了涂覆荧光粉过程中胶体凝固和荧光粉在胶体中易沉淀的问题，提高了点胶过程中出胶的均匀性，增加了发光二极管中发光层的一致性，增加了发光层与芯片的粘结度，同时减少了发光层固化所需的时间；该方案简单、有效，能够大大降低器件的生产成本和工艺难度，大幅度地提高相关器件的良品率。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种发光二极管，至少包括支架、LED芯片和在LED芯片上的发光层，其特征在于，所述发光层材料为一种或多种能发各种颜色光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂组成的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95～99.5％

稀释剂                        0.4～4％

阳离子光引发剂                0.1～3％

所述稀释剂包括活性环氧树脂稀释剂、环醚、环内酯和乙烯基醚单体，所述阳离子光引发剂包括二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐。

按照本发明所提供的发光二极管，其特征在于，所述LED芯片为发蓝光或紫外光的芯片；所述荧光粉是借助一种蓝光或紫外光激发而发光的荧光材料。

一种发光二极管的制备方法，包括以下步骤：

①选择与荧光粉匹配的LED芯片，使LED芯片发出的光能有效激发荧光粉；

②选择合适的固晶胶把LED芯片粘合在支架或热沉上，当LED芯片的上、下面各有一个电极时，要求固晶胶既能导电又能导热；当LED芯片的上面有两个电极时，要求固晶胶既能绝缘又能导热；

③在LED芯片上引出电极；

④在LED芯片上涂覆发光层材料，所述发光层为荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95～99.5％

稀释剂                        0.4～4％

阳离子光引发剂                0.1～3％

所述稀释剂包括活性环氧树脂稀释剂、环醚、环内酯和乙烯基醚单体，所述阳离子光引发剂包括二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐。

⑤对步骤④得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑥将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑦测试器件的各项光电性能和参数。

按照本发明所提供的发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤④中，发光层材料混合均匀后直接制备于LED芯片上，或者经过有机溶剂稀释后制备于LED芯片上；所述发光层是通过滴涂、旋涂、浸涂、涂覆、喷墨打印、辊涂、LB膜中的一种或者几种方式而形成。

本发明第一次提出采用一种或多种能发各种颜色光的荧光粉和需要紫外光固化的胶粘剂组成的混合体系作为发光二极管的发光层，通过调节其中需要紫外光固化的胶粘剂组份的比例，得到粘度合适的胶体，使荧光粉能在胶体中均匀分散，提高了出胶均匀性，并且解决了荧光粉在胶体中沉淀的问题，这不仅增加了点胶过程中涂覆荧光粉的一致性，提高了LED的出光的一致性，同时由于荧光粉在胶体中分散均匀，增加了LED的发光效率；由于本发明的发光层中的胶粘剂是通过紫外光固化的，解决了在点胶过程中胶体凝固的问题，因而不需要在点胶过程中对点荧光粉所用的设备、装胶的容器等都需要保持一定的温度并不断的搅拌，降低了生产成本，同时，在涂覆荧光粉完成后的固化过程，只需对发光层进行短时间的紫外光照射，不仅增加了荧光粉层与芯片的粘结度，而且由于不需要长时间的烘烤固化，减少了固化过程所需的时间。

附图说明

图1是本发明所提供的发光二极管结构示意图；

图2是本发明所提供的实施例1～4的结构示意图；

图3是本发明所提供的实施例5～10的结构示意图；

图4是两种LED的发光性能对比图，其中器件A为本发明实施例4中LED，器件B为发光层的胶粘剂采用常规胶体的LED。

其中，1、支架，2、固晶胶，3、LED芯片，4、金丝，5、发光层，6、外封装胶。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明作进一步描述：

本发明的技术方案是提供一种发光二极管，如图2所示，器件的结构包括支架1，固晶胶2，LED芯片3，金丝4，发光层5，外封装胶6，其中LED芯片3位于支架1表面，发光层5位于LED芯片3表面。

如图3所示，器件的结构包括支架1，固晶胶2，LED芯片3，金丝4，发光层5，外封装胶6，其中LED芯片3位于支架1表面，发光层5位于LED芯片3表面。

本发明中支架1为发光二极管的依托，它要求有良好的化学稳定性和热稳定性，良好的导电性和导热性。

本发明中固晶胶2用于将LED芯片3粘接到支架上，当LED芯片的上、下面各有一个电极时，要求固晶胶既能导电又能导热；当LED芯片的上面有两个电极时，要求固晶胶既能绝缘又能导热；

本发明中LED芯片3作为激发荧光粉发光的光源，它要求有较好的光功率以及发光波长与荧光材料有很好的匹配，通常采用蓝光或紫外光芯片。

本发明中发光层5采用一种或多种能发各种颜色光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂组成的混合体系。所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95～99.5％

稀释剂                        0.4～4％

阳离子光引发剂                0.1～3％

所述稀释剂包括活性环氧树脂稀释剂、环醚、环内酯和乙烯基醚单体，所述阳离子光引发剂包括二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐。

本发明中外封装胶6用于封装LED芯片3和发光层5，它有良好的防水汽和氧气渗透的能力，有良好的化学稳定性和热稳定性，通常采用热固化的环氧树脂。

本发明中阳离子型紫外光固化胶粘剂各成份说明如下：

阳离子型光固化体系主要利用芳香族重氮盐、芳香族碘鎓盐、芳香族锍盐在紫外线照射下光解产生质子酸，质子酸再引发单体进行阳离子聚合。与自由基固化体系相比，它具有固化收缩率小、不受各种氧的阻聚作用以及若没有亲核杂质存在，一旦引发，聚合就会长期继续下去等优点。但是，光引发剂在光照射时释放出的质子酸，对胶结基体会产生腐蚀作用。理论上，凡能进行阳离子聚合的单体都可以用于阳离子固化，但是，目前最常用的是各种环氧树脂或改性环氧树脂。各种活性环氧树脂稀释剂以及各种环醚、环内酯、乙烯基醚单体等都可以作为光固化树脂的稀释剂，阳离子光引发剂有二芳基碘鎓盐、三芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐、三芳基硒鎓盐等。目前，围绕着这一体系的研究越来越多，例如有报导利用含氟以及不含氟的混合树脂在上述阳离子引发剂引发，制得了低收缩率且折射率可调的精密胶粘剂；在光盘制作中，利用阳离子引发的环氧树脂制得的胶粘剂在85℃、相对湿度为95％的实验条件下，96h无侵蚀现象发生；在中空装置的组装时，利用锍盐引发的脂肪族和双酚D一型混合环氧树脂，可以制得低线膨胀系数且具有良好防潮性的胶粘剂。

1、2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(TPO)

2、芳茂铁盐、有机铝络合物/硅烷体系、二烷基苯酸甲基硫鎓盐

3、三芳基硫鎓六氟磷酸盐阳离子光引发剂-桐油改性酚醛环氧树脂(TMPE)和E-44环氧树脂复配体系的阳离子光固化反应.通过凝胶率的测定研究了各种条件对光固化速度的影响，并利用红外光谱分析了该反应体系光固化反应前后涂膜结构。结果表明，光引发剂的种类和浓度可以有效地改变光固化速度，10-(4-联苯基)-2-异丙基-9-硫杂蒽酮六氟磷酸盐(Omnicat 550)和13，6-乙氧化双季戊四醇与10-(2-羧甲氧基-4联苯基)-2-异丙基-9-硫化蒽酮六氟磷酸盐(Omnicat 650)的引发活性优于4，4-二甲基-二苯基碘翁六氟磷酸盐(Omnicat440)，且与其浓度成比例；蒽、过氧化苯甲酰(BPO)等光敏化剂对体系有一定的增感作用，而吩噻嗪作用不明显；不同种类的环氧及乙烯基醚类活性稀释剂对光固化速度有较大影响；随着树脂配比中环氧基团浓度的增加光固化速度增大；该体系表现出“后固化”现象。

以下是本发明的具体实施例：

实施例1

如图2所示器件结构，LED芯片3采用蓝光LED芯片，发光层5采用受蓝光激发产生黄光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把蓝光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上喷涂发光层材料，所述发光层为黄光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        96％

稀释剂                        3％

阳离子光引发剂                1％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例2

如图2所示器件结构，LED芯片3采用蓝光LED芯片，发光层5采用受蓝光激发产生绿光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把蓝光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上旋涂发光层材料，旋涂前将发光层材料将同乙醇进行1∶10稀释的胶粘剂原料搅拌20小时后，旋涂时转速为2000转/秒，时长一分钟，所述发光层为绿光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95％

稀释剂                        2％

阳离子光引发剂                3％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例3

如图2所示器件结构，LED芯片3采用蓝光LED芯片，发光层5采用受蓝光激发产生红光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把蓝光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上浸涂发光层材料，所述发光层为红光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95％

稀释剂                        4％

阳离子光引发剂                1％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例4

如图2所示器件结构，LED芯片3采用蓝光LED芯片，发光层5采用受蓝光激发产生红光和绿光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

④选择合适的固晶胶把蓝光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上喷墨打印发光层，所述发光层为红光和绿光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95％

稀释剂                        2％

阳离子光引发剂                3％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

表1是发光层的胶粘剂采用常规胶体的发光二极管和实施例4的发光二极管的各项性能参数。

实施例5

如图3所示器件结构，LED芯片3采用紫外光LED芯片，发光层5采用受紫外光激发产生蓝光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把紫外光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上通过LB膜的方式形成发光层，所述发光层为蓝光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        99.5％

稀释剂                        0.4％

阳离子光引发剂                0.1％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例6

如图3所示器件结构，LED芯片3采用紫外光LED芯片，发光层5采用受紫外光激发产生绿光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把紫外光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上滴涂发光层材料，所述发光层为绿光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95％

稀释剂                        2％

阳离子光引发剂                3％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例7

如图3所示器件结构，LED芯片3采用紫外光LED芯片，发光层5采用受紫外光激发产生黄光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把紫外光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上喷涂发光层材料，所述发光层为黄光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        97％

稀释剂                        2％

阳离子光引发剂                1％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例8

如图3所示器件结构，LED芯片3采用紫外光LED芯片，发光层5采用受紫外光激发产生红光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把紫外光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上涂覆发光层材料，所述发光层为红光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        98％

稀释剂                        1.2％

阳离子光引发剂                0.8％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例9

如图3所示器件结构，LED芯片3采用紫外光LED芯片，发光层5采用受紫外光激发产生蓝光和黄光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把紫外光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上滴涂发光层材料，所述发光层为蓝光和黄光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95％

稀释剂                        2％

阳离子光引发剂                3％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

实施例10

如图3所示器件结构，LED芯片3采用紫外光LED芯片，发光层5采用受紫外光激发产生蓝光、绿光和红光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，支架1采用表面镀银的铜支架。

制备方法如下：

①选择合适的固晶胶把紫外光LED芯片粘合在支架上；

②在LED芯片上引出电极；

③在LED芯片上涂覆发光层材料，所述发光层为蓝光、绿光和红光荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        98％

稀释剂                        0.6％

阳离子光引发剂                1.4％

④对步骤③得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑤将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑥测试器件的各项光电性能和参数。

Claims (4)

1.一种发光二极管，至少包括支架、LED芯片和在LED芯片上的发光层，其特征在于，所述发光层材料为一种或多种能发各种颜色光的荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂组成的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95～99.5％

稀释剂                        0.4～4％

阳离子光引发剂                0.1～3％

所述稀释剂包括活性环氧树脂稀释剂、环醚、环内酯和乙烯基醚单体，所述阳离子光引发剂包括二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述LED芯片为发蓝光或紫外光的芯片；所述荧光光粉是借助一种蓝光或紫外光激发而发光的荧光材料。

3.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①选择与荧光粉匹配的LED芯片，使LED芯片发出的光能有效激发荧光粉；

②选择合适的固晶胶把LED芯片粘合在支架上，当LED芯片的上、下面各有一个电极时，要求固晶胶既能导电又能导热；当LED芯片的上面有两个电极时，要求固晶胶既能绝缘又能导热；

③在LED芯片上引出电极；

④在LED芯片上涂覆发光层材料，所述发光层为荧光粉和需要紫外光固化的阳离子型紫外光固化胶粘剂的混合体系，所述阳离子型紫外光固化胶粘剂原料包括以下质量百分比的组份：

环氧树脂或改性环氧树脂        95～99.5％

稀释剂                        0.4～4％

阳离子光引发剂                0.1～3％

所述稀释剂包括活性环氧树脂稀释剂、环醚、环内酯和乙烯基醚单体，所述阳离子光引发剂包括二芳基碘鎓盐和三芳基碘鎓盐；

⑤对步骤④得到的发光层进行紫外光固化处理30秒；

⑥将上述制备好的发光二极管进行封装；

⑦测试器件的各项光电性能和参数。

4.根据权利要求3所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤④中，发光层材料混合均匀后直接制备于LED芯片上，或者经过有机溶剂稀释后制备于LED芯片上；所述发光层是通过滴涂、旋涂、浸涂、涂覆、喷墨打印、辊涂、LB膜中的一种或者几种方式而形成。

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