CN103319101A - 远程荧光玻璃片及其制造方法与应用 - Google Patents

Abstract

远程荧光玻璃片及其制造方法与应用，涉及荧光玻璃片。远程荧光玻璃片设上玻璃片和下玻璃片，在上玻璃片与下玻璃片之间设有荧光粉层，上、下玻璃片的厚度为0.5～1.1mm；荧光粉层的厚度为10～20nm。将玻璃片装入装片框后，沿轨道装入装载运输车，再推入真空室；根据市场需求装上色温为2700k,3800k,4800k,5500k荧光靶材备用；真空室抽真空；向真空室充入氩气，采用真空溅射机对玻璃片溅射荧光靶材，在玻璃片表面沉积形成膜层；已溅射完毕的装载运输车离开真空室，并进入缓冲室；在同样大小的白板玻璃片上喷纳米胶，与进入缓冲室的已在表面沉积形成膜的已溅射玻璃片粘合，再红外烤干，得远程荧光玻璃片。

Description

远程荧光玻璃片及其制造方法与应用

技术领域

本发明涉及荧光玻璃片，尤其是涉及一种远程荧光玻璃片及其制造方法与应用。

背景技术

半导体照明包括芯片、荧光粉和封装三部分。

自1996～2012年传统的封装是将荧光粉直接点敷在蓝光芯片上。这种点敷方法，由最初的直插式、SMD封装，发展到COB集成封装、MCOB集成封装。点敷法的核心是荧光粉与芯片直接接触，是无缝连接。

点敷接触封装具有诸多弊端：

1）光源光效低。自1993年发明蓝色GaN至今，光功率已提升到400mw-500mw-600mw，但大多数企业生产蓝光GaN光功率在350mw左右。荧光粉转换效率也有大幅度提高，但是绝大多数LED白光光效仍然在70～80lm/w，能达到120～130lm/w数量较少，140～150lm/w更少。

2）光色品质不稳定。随着LED功率的加大，电功率增加，发热问题日益严重，散热成为发展LED的瓶颈。散热措施加大成本，如果散热措施欠得当，引起节温升高。节温升高不严重时，引起发射光谱波长的波动，光强不一致，致使光色飘移，品质不稳定；节温升高严重时，造成死灯。

3）光源成本居高不下。因为节温高，散热任务繁重，造成散热成本增加，LED体质膨大，散热材料消耗量太大，材料成本高，老百姓难于接受，推广应用难。。

4）造成死灯。发热量多，热胀冷缩严重，增加了焊线脱落，造成死灯的危险性加大。

5）折光率不同。因胶水的折光率1.40～1.54，荧光粉折光率1.78，氮化镓芯片折光率1.85，空气折光率1。光由芯片发射到荧光粉转换，出光时因材质折光率相差悬殊，光损失已超过30%。

6）点胶的随机性。点胶的厚度，调胶的均匀度，胶的粘度，点胶机速度，胶粉比例，固化时间，随点胶人操控的随机性多种因素影响难于一致。

点敷技术的严重后果促使面板封装技术应运而生。

半导体照明白光自1993年发明GaN蓝光芯片和1996年实现黄色荧光粉的光色转换以来已走过20年，LED的光效由0.2lm/w提升到100～120～140lm/w，有了质的飞跃，推动了全球LED产业的发展，带来了节能减排的有效实施。但是，光源亮度、持续性、耐受性、安全性与人们的需求差距较大。光色的显色性、稳定性、均匀性、柔和性能不如人愿；LED的寿命、成本、价格、性价比有待进一步降低至普通大众可以接受的程度。LED款式模仿，抄袭、（背光）冒充（照明），少创新、无新意，同质化，价格虽有降低，劣质材料泛滥、粗制滥造盛行、品质日益低下，人们由依赖变为疑虑，美好形象受到沾污。半导体照明发展到此时，全行业停滞不前，面临困境，寻找新的封装材料，采用新的封装结构和封装方法成为时代的必然。用远程荧光玻璃片进行面板技术封装首当其冲。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程荧光玻璃片及其制造方法与应用。

所述远程荧光玻璃片设有上玻璃片和下玻璃片，在上玻璃片与下玻璃片之间设有荧光粉层，所述上玻璃片的厚度为0.5～1.1mm，所述下玻璃片的厚度为0.5～1.1mm；所述荧光粉层的厚度为10～20nm。

所述远程荧光玻璃片的制造方法，包括以下步骤：

1）将玻璃片装入装片框后，沿轨道装入装载运输车，再推入真空室；

2）根据需求装上色温为2700k,3800k,4800k或5500k等荧光靶材备用；

3）真空室抽真空；

4）向真空室充入氩气，采用真空溅射机对玻璃片溅射荧光靶材，在玻璃片表面沉积形成膜层；

5）已溅射完毕的装载运输车离开真空室，并进入缓冲室；

6）在同样大小的白板玻璃片上喷纳米胶，与步骤5）进入缓冲室的已在表面沉积形成膜的已溅射玻璃片粘合，再红外烤干，得远程荧光玻璃片。

在步骤1）中，所述玻璃片最好是刚从浮法玻璃生产线得到的新鲜玻璃片。

在步骤3）中，所述真空室抽真空最好至10^-5Pa。

在步骤6）中，所述纳米胶可采用粘度为1000cps纳米胶；所述红外烤干可采用在红外烤箱中50～150℃烤干。

所述远程荧光玻璃片可用于LED白光面板封装。

远程荧光玻璃片与现有的采用印刷和喷涂荧光粉的荧光玻璃片相比，本发明具有以下优点：

1、由于可采用刚从浮法玻璃生产线得到的新鲜玻璃，因此本发明所制备的荧光玻璃片具有薄、光学透明、新鲜无斑、表面附着力较强，与荧光粉涂层结合较牢固的优点。

2、由于荧光靶材选用量子效率高，符合所需色温、显指、高效等要求的纳米荧光粉并经磁控真空溅射法溅射，因此可获得均匀的荧光粉涂层。

3、由于采用两片玻璃片经喷纳米胶后粘合、压平、红外烤干、离线等工艺，因此使用寿命较长。

4、所述远程荧光玻璃片可用于LED白光面板封装。

5、封装LED具有200～250lm/w的高光效、长寿命、低价格的特点。

附图说明

图1为本发明所述远程荧光玻璃片实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明所述远程荧光玻璃片实施例设有上玻璃片1和下玻璃片2，在上玻璃片1与下玻璃片2之间设有荧光粉层3，所述上玻璃片1的厚度为0.5～1.1mm，所述下玻璃片2的厚度为0.5～1.1mm；所述荧光粉层3的厚度为10～20nm。

以下给出所述远程荧光玻璃片的制备方法：

1）将玻璃片装入装片框后，沿轨道装入装载运输车，再推入真空室；所述玻璃片最好是刚从浮法玻璃生产线得到的新鲜玻璃片；

2）根据市场需求装上色温为2700k,或3800k,或4800k,或5500k荧光靶材备用；

3）真空室抽真空至真空度为10^-5Pa；

4）向真空室充入氩气，采用真空溅射机对玻璃片溅射荧光靶材，在玻璃片表面沉积形成膜层；

5）已溅射完毕的装载运输车离开真空室，并进入缓冲室；

6）在同样大小的白板玻璃片上喷粘度为1000cps纳米胶，与步骤5）进入缓冲室的已在表面沉积形成膜的已溅射玻璃片粘合，在红外烤箱150℃烤干，得远程荧光玻璃片。

以下给出具体实施例：

1.在溅射室装上2700k荧光靶材，往真空室推入洁净白玻，送正负电，送氩气，开通冷却水，观察真空度已否达到10^-5pa。开初试溅射玻璃弃之，合格后不断连续推入玻璃片，溅射毕的玻璃片送贴合切割。

2.在溅射室装上3800k荧光靶材，进行溅射。

3.在溅射室装上4800k荧光靶材，进行溅射。

4.在溅射室装上5500k荧光靶材，进行溅射。

5.已溅射毕的远程荧光玻璃切割成圆形直径Ф2cm，Ф3cm，Ф4cm，Ф6cm圆片；正方形2cm，3cm，4cm，6cm正方片，长方形0.3cm×4cm，0.5cm×4cm，1cm×4cm，2cm×4cm，3cm×4cm，3cm×6cm长方片。

6.铝基板：1w,3w,5w,7w,9w,12w,15w,18w,36w。

7.陶瓷基板：6w,8w,10w,12w,16w,20w,40w。

8.玻璃基板：0.3cm×4cm,0.5cm×4cm,1cm×4cm。

所述荧光玻璃片可用于LED白光面板封装，封装时所述远程荧光玻璃片需要与种植相关芯片功率的基板相匹配，基板的选择要合理。基板的材质可为金属（铜或铝）、陶瓷（氧化铝、氮化铝或复合），塑料、碳纤维、玻璃纤维或其它新材料。基板上种植蓝光芯片。普通芯片正、负两极引出与IC相连，倒装焊一侧电极引出，基板大小与远程荧光玻璃片相匹配，芯片与荧光玻璃片紧密接触，平面铝基板上盖远程荧光玻璃片，球型陶瓷基板可按凹形、花瓣形、六角形、球形等形状进行设计，以获得最大的萃光效率。

基板球面可镀银，在荧光玻璃片一侧或四周可装上灯罩，如球泡灯、筒灯、吸顶灯、日光灯、平板灯等。基板上的电路可依据功率大小，确定材质结构尺寸。单个光源可以是3W、6W、9W、10W、20W，要组成40W、50W、100W、200W或更高功率，只要按10W或20W的倍数有机组合放大，能满足各种功率的要求，适应市场需要。

由于采用远程荧光玻璃片使封装结构发生改变，荧光粉层发热几乎为0，因此节约荧光粉层散热成本，整个光效提升到200～250lm/w，LED灯成本成为可接受成本，有利于LED的发展。

采用本发明的远程荧光玻璃片封装比现有的面板或封装结构具有突出的优点，例如：Philips的远程封装是将发光材料喷涂在灯罩或灯壳上，或将荧光材料与灯壳塑料熔为一体。由于荧光材料远离蓝光，距离不等，光效极低，没有照明价值，只能理论上规避专利，作为装饰品、宣传品。美国Intematix的远程封装是在有机玻璃片上印刷或喷涂荧光粉，虽然有机玻璃有机械强度，喷涂或印刷改变了点敷状态，表面看似均匀，厚薄差异大，细微看仍不均匀，显微镜下漏洞更多，普通调胶难一致，胶粉折光性能无改善，荧光粉层裸露易沾污，受潮，影响光效和寿命，是远程封装较差的一种。韩国Samsung将荧光粉制成薄膜覆盖在芯片上方，靠胶的粘力粘上，薄膜耐受温度很小，只能做1w以下的LED灯，应用范围很窄。台湾也有人研究荧光玻璃片，尚无产品，为印刷或喷涂荧光层，并非纳米荧光粉层，封装基板仍为平面，并非球面，即使发展到球面，光效，显指仍有较大差距。国内吕大明也研究荧光粉薄膜，与蓝光芯片间隔，距离不确定或近或远，生产中难于操作；荧光膜厚度也未阐明，光效难于肯定，色温、显指均未见表述，只是抽象远程，属概念、定义、实用性欠缺。

本发明彻底改变点敷法的芯片与荧光粉的直接接触，改为不直接接触，荧光粉与芯片用玻璃片隔开。相对于零距离接触的封装方法，用远程表示距离，以相区别。这种封装方法命名为远程封装，这种封装材料是玻璃做的，命名为荧光玻璃片，总的概括为远程荧光玻璃封装。

应用远程荧光玻璃片进行面板式封装的特点是：制造成本下降，光效大幅提高。远程荧光玻璃片封装法使封装成本下降的原因如下：

第一、采用高效纳米荧光涂层，发热几乎为0。

量子效率是一个激发光子转换光色发射光子的数目，譬如100个激发光子转换成73个或83个光子，就说其量子效率0.73或0.83。低质量劣质荧光粉的量子效率低于0.6，通常在0.4～0.5，充其量转换效率在40～50个光子，其余50～60个光子都发热，不发光。量子效率高的荧光粉多发光，少发热。纳米荧光粉的晶体纯度高，杂相少，杂质进入晶格几率少，经RXD测定晶体饱满完整，活性更高，光的吸收转换效率高，发热少。

第二、远程荧光玻璃片中荧光粉涂层只有10～20nm，与点敷封装中200～300nm的荧光层相差十几倍，点敷封装中厚厚的荧光粉层受光激发产生的热象厚厚的被子覆盖在芯片上。荧光粉不是良导体，积聚的热加上芯片本身电功热，加速节温升高，如果散热欠妥当，节温升高不严重时只影响光色的稳定性，造成色温飘移；如果节温升高严重时可以引起焊线热胀冷缩而脱焊，死灯，节温太高时甚至烧坏硅胶碳化变黑，荧光粉被碳包裹不发光，通常散热技术差的企业，光效低，寿命短，虽然成本低廉，是不可取的。

第三、点敷荧光层的热约占30%，芯片电功率约占70%，10～20nm厚度纳米荧光粉层的热几乎为0，少许的热通过两层玻璃传导也会把热传走，不会引起节温升高，散热成本减少30%，散热体积、散热材料均减少，有利光源成本下降。

远程荧光玻璃片封装方法带来光效大幅提升，是通过以下途径获得的，是综合发挥三方面的效果。

途径一：优选量子效率高的纳米荧光粉，光效可提高5%～8%；

途径二：用磁腔真空溅射技术获得微密、均匀、高效的面光源，这种面板结构代替点敷技术的点光源，光效提高20%以上；

途径三：点敷封装中多以平面反射为主，远程荧光玻璃封装采用球面反射技术。萃光效率提高光效20%～30%。

光的传播遵循以下规则：

入射光在真空介质中平面上有光的透射、反射、折射、散射、漫反射。在LED白光形成中，光路包括：能量吸收，未吸收的能量或从孔隙中透射，或在介面上反射、折射、散射。只有吸收了能量的光子才有效辐射为发光，非有效光辐射的电子都变成热幅射。

球面是无数平面的集合体，球的曲率影响光的反射率，合理角度的选择以获得最大光输出。

球面反射光输出是平面反射的125%～130%～140%。

途径四：寻找光功率较高的芯片，一般能提高光效10%。

途径五：合理选择基板，有利芯片电功热的发散，利于光效的提高。

综合所述：蓝光芯片光功的高效选择，荧光粉由微米级变为纳米级，封装结构由点敷结构变为面板结构，萃光由平面变为球面，LED封装光效可实现200～250lm/w。

Claims (7)

1.远程荧光玻璃片，其特征在于设有上玻璃片和下玻璃片，在上玻璃片与下玻璃片之间设有荧光粉层，所述上玻璃片的厚度为0.5～1.1mm，所述下玻璃片的厚度为0.5～1.1mm；所述荧光粉层的厚度为10～20nm。

2.如权利要求1所述远程荧光玻璃片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将玻璃片装入装片框后，沿轨道装入装载运输车，再推入真空室；

2）根据需求装上色温为2700k,3800k,4800k或5500k荧光靶材备用；

3）真空室抽真空；

4）向真空室充入氩气，采用真空溅射机对玻璃片溅射荧光靶材，在玻璃片表面沉积形成膜层；

5）已溅射完毕的装载运输车离开真空室，并进入缓冲室；

6）在同样大小的白板玻璃片上喷纳米胶，与步骤5）进入缓冲室的已在表面沉积形成膜的已溅射玻璃片粘合，再红外烤干，得远程荧光玻璃片。

3.如权利要求2所述远程荧光玻璃片的制造方法，其特征在于在步骤1）中，所述玻璃片是刚从浮法玻璃生产线得到的新鲜玻璃片。

4.如权利要求2所述远程荧光玻璃片的制造方法，其特征在于在步骤3）中，所述真空室抽真空至10^-5Pa。

5.如权利要求2所述远程荧光玻璃片的制造方法，其特征在于在步骤6）中，所述纳米胶采用粘度为1000cps纳米胶。

6.如权利要求2所述远程荧光玻璃片的制造方法，其特征在于在步骤6）中，所述红外烤干是在红外烤箱中50～150℃烤干。

7.如权利要求1所述远程荧光玻璃片在LED白光面板封装中的应用。

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