CN103390719A - 一种用于白光led模组芯片的荧光膜 - Google Patents

一种用于白光led模组芯片的荧光膜 Download PDF

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陈锋
何鑫
曾庆光
陈楚文
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Abstract

本发明公开了一种用于白光LED模组芯片的柔性荧光膜及其制备方法，具体方案如下：选用双组份有机硅胶为衬底，配置适合粉胶比，抽真空去泡，然后缓慢倒入模具中，放入烘箱中70-90℃固化，将模具取下后在130-160℃经过二次固化，既得到所需要荧光膜。该荧光膜制备工艺简单，方便裁剪，膜形状、厚度可控，成本低廉，一致性和均匀性好，并且选用不同种类荧光粉制备的荧光膜，直接与涂有硅胶的LED模组芯片制作各种功率、色温2500-6500K的白光LED，适用于批量工业生产，避免了由于芯片工作温度升高，导致荧光粉衰减速率增加，造成的色温、色坐标漂移的问题，从而可延长LED使用寿命，具有很好的应用前景。

Description

一种用于白光LED模组芯片的荧光膜
技术领域
本发明涉及白光LED照明领域，具体涉及一种用于白光LED模组芯片荧光膜的制备。
背景技术
LED(light emitting diode)，因其光效高，能耗少，寿命长，被称为继节能灯，荧光灯，放电气体灯后的第四代绿色光源。近年来，LED相关技术领域的发展突飞猛进，不管是在驱动电源，散热，芯片制造，封装等技术上，还是在室外照明，室内照明，景观照明，显示，背光源等应用范围上，都取得重大突破。
对于白光照明，目前实现白光的最有效和实用的是荧光转化法，一种是将450-460nm发射蓝色的Ga(In)N与发射黄光的Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)荧光粉结合起来生产(美国专利5,998,925和欧洲专利862,794)，一种是将紫外芯片激发三基色荧光粉，混色成白光，由此可见，荧光粉的工艺至关重要，其结构和性质直接影响器件的性能。
目前的封装工艺由固晶，焊线，点胶，一次固化，覆盖透镜，二次固化组成。在实际的操作中，采用的荧光粉涂覆技术(点胶)，粉胶的均匀性，以及粉胶放置时间长引起的分离，粉的沉淀等导致灯色温的一致性和发光的一致性差，使得达到客户要求的成品率较低，而且难以调整成品LED的色温，发光性能，从而增加成本，配好的多余粉胶液也会造成浪费，涂覆工艺相对复杂，难以控制。同时，芯片的衰减率一般在10-5到10-6个数量级之间，直接涂覆在芯片上荧光粉的衰减率由于芯片温度高导致其速率快，一般在10-3个数量级，甚至更高，两者之间不匹配，影响灯的使用寿命以及色温漂移，色坐标漂移，发光性能降低等。摆脱和彻底改善荧光粉涂覆工艺已成为白光LED发展的重要研究方向。
发明内容
本发明针对LED模组封装，提供一种将芯片与粉封装隔离开，在无需改动LED芯片封装的参数模式下，将荧光粉的点胶过程分离出来，单独做成荧光膜，这样与传统的点胶过程相比，荧光膜的制备工艺可以标准化，易于实现大批量生产，既能够确保一致性，又能根据不同的色温，显色指数，发光性能以及芯片模组来配备不同的荧光膜达到要求，同时发光面均匀，减少眩光，荧光粉与芯片不直接接触，温度降低，衰减慢，延长其使用寿命和减少色温的飘移。
由此，本发明采用的方案是：制备一种用于模组LED封装的荧光膜，不再采用涂覆式的荧光粉直接与芯片接触，而是采用简单的可控制的制膜方法，再将膜贴在有透明硅胶隔离的芯片模组上，同时根据不同的色温，显色指数，发光性能、模组特性来制备适合的荧光膜，实现可控指标以及比传统的封装工艺性能更优异的白光LED封装工艺。
上述白光LED荧光膜的制备过程包括以下步骤：
选用一定的塑料模具，用耐高温透明胶将底部封住，按比例称量两组份有机硅胶与相应荧光粉，搅拌5-10分钟后，抽真空去泡，定量称取后置入模具中，放入烘箱于70-90℃烘烤40-100分钟，然后将初步固化后的膜从模具中剥离，再于130-160℃经过二次固化4-6小时，即得到所需要荧光膜。同时，在试验过程中通过测试芯片的发射光谱以及粉胶光谱，灯的色温、光效、色坐标等参数，反馈指导荧光膜的厚度，配比的确定，优化荧光膜的制备工艺。并且此方法可根据不同的粉，不同的性能要求来完成荧光膜的制备。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
(1)荧光膜制备工艺简单，厚度和形状可控，方便剪裁，均匀性好，所用实验设备成本较低，适合独立、批量制作荧光膜，可提高色温，显色指数的控制水平，提高工艺效率以及LED灯的色坐标打靶集中度，灯的性能指标都会有较大的提高。
(2)膜与芯片分离，灯工作时避免了由于芯片温度升高直接接触荧光粉导致粉的温度较高，衰减速率增加，与芯片衰减相差2-3个数量级，避免色温漂移，色坐标漂移等不好的影响，延长使用寿命。
(3)荧光膜可以根据LED灯芯片的不同种类以及要求，设计不同荧光粉的种类、配比，膜的厚度，做出适合的色温2500-6500K，显色指数优异的荧光膜。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
附图说明
图1为制备荧光膜的模具示意图；
图2为本发明实施例1中荧光膜的漫反射和光致发光光谱；
图3为本发明实施例1中荧光膜封装成白光LED的电致发射光谱图；
图4为本发明实施例3中荧光膜封装成白光LED的电致发射光谱图；
图5为本发明实施实例3中荧光膜装成白光LED的色坐标图；
图6为本发明实施例4中荧光膜封装成白光LED的电致发射光谱图；
具体实施方式
实施例1
荧光模的制备：称取原料
硅胶A：2.5802g
硅胶B：2.5821g
YAG类荧光粉：0.3040g
将A，B胶，YAG类荧光粉混合搅拌均匀后，机械泵抽真空，基本没有气泡后，取出约0.78g倒入模具中，立刻在烘箱中烘烤，第一次在70℃固化100分钟，取下荧光膜，130℃二次固化6小时，图2为本发明实施例中荧光膜的漫反射和光致发光光谱，图3为本发明实施例中荧光膜与工作电流为300mA，电压为9.3伏的芯片模组制备白光LED的电致发射光谱图，所制备的白光LED相关色温约为6500K，光效约为78.8lm/W，显色指数为73.4。
实施例2
荧光模的制备：称取原料
硅胶A：3.123g
硅胶B：3.109g
YAG荧光粉：0.3741g
将A，B胶，YAG类荧光粉混合搅拌均匀后，机械泵抽真空，基本没有气泡后，取出约0.82g倒入模具中，立刻在烘箱中烘烤，第一次在80℃固化50分钟，取下荧光膜，160℃4小时进行二次固化，将得到的荧光膜与功率为2.79W的芯片模组制备白光LED，相关色温约为5400K，光效约为83.21m/W，显色指数为68.4。
实施例3
荧光模的制备：称取原料
硅胶A：2.588g
硅胶B：2.586g
荧光粉：0.311g
将A，B胶，YAG类和硅酸盐橙色荧光粉混合搅拌均匀后，机械泵抽真空，基本没有气泡后，取出约0.82g倒入模具中，立刻在烘箱中烘烤，第一次在90℃固化40分钟，取下荧光膜，140℃二次固化6小时进行二次固化，图4为本发明实施例中荧光膜与芯片模组制备白光LED的电致发射光谱图，所制备的2.79W白光LED色温约为4460K，光效约为80.5lm/W，显色指数为72.7。图5为本发明实施实例中荧光膜装成白光LED的色坐标图，色坐标值分别为(0.3617，0.3627)，非常接近普朗克轨迹线。
实施例4
荧光模的制备：称取原料
硅胶A：3.299g
硅胶B：3.310g
YAG类荧光粉与氮化物Sr2Si5N8红色荧光粉混合物：0.3397g
将A，B胶，荧光粉混合搅拌均匀后，机械泵抽真空，基本没有气泡后，取出约0.83g倒入模具中，立刻在烘箱中烘烤，第一次在75℃固化80分钟，取下荧光膜，再贴在模组芯片上，150℃二次固化4小时，图6为本发明实施例中荧光膜与芯片模组制备白光LED的电致发射光谱图，所制备的2.79W白光LED色温约为2600K，光效约为44.6lm/W，显色指数为91.7。
实施例5
荧光模的制备：称取原料
硅胶A：2.588g
硅胶B：2.586g
荧光粉：0.311g
将A，B胶，YAG类和硅酸盐橙色荧光粉混合搅拌均匀后，机械泵抽真空，基本没有气泡后，取出约0.75g倒入模具中，立刻在烘箱中烘烤，第一次在78℃固化70分钟，撕下荧光膜，再贴在模组芯片上，145℃二次固化5小时，所制备的荧光膜封装2.79W白光LED色温约为4850K，光效约为76.8lm/W，显色指数为75.1。

Claims (8)

1.一种白光LED用荧光膜，其特征在于：由双组份有机硅胶和荧光粉混合固化形成，膜形状、厚度可控，一致性和均匀性好，方便裁剪，可直接与LED模组芯片制作各种功率、色温2500-6500K的白光LED。
2.一种制备权利要求1所述的白光LED用荧光膜，其特征制备过程在于：选用一定的塑料模具，用耐高温透明胶将底部封住，按比例称量两组份有机硅胶与相应荧光粉，搅拌5-10分钟后，抽真空去泡，定量称取后置入模具中，放入烘箱于70-90℃烘烤40-100分钟，然后将初步固化后的膜从模具中剥离，再于130-160℃经过二次固化，即得到所需要荧光膜。
3.按照权利要求2所制备的荧光膜，其特征在于将一定质量的粉胶液倒入模具中后，在未扩散之前需用水平仪校准的平面，烘箱中的位置同样需要水平仪校准，这样固化出的膜比较均匀。
4.按照权利要求2所制备的荧光膜，第一次固化温度为70-90℃，粉胶定型后容易将膜从模具中剥离，然后二次固化温度为130-180℃，使膜具有良好稳定性。
5.按照权利要求2所制备的荧光膜，模具可选取任意形状的塑料圈，膜成型后方便剪裁。
6.按照权利要求2所制备的荧光膜，膜的均匀性和厚度需严格控制，厚度通过固定模具后的质量来就行控制，其对所制成白光LED的光效、显色指数等参数有重要影响。
7.按照权利要求2所制备的荧光膜，将所制备的荧光膜贴附于蓝光LED芯片模组上封装成白光LED，其特征在于通过调整荧光粉的种类、比例，荧光膜中硅胶和荧光粉的比例，以及膜的厚度，可制作各种功率、色温2500-6500K的白光LED。
8.按照权利要求2所制备的荧光膜，贴附于蓝光LED芯片模组得到的白光LED，避免了由于芯片工作温度升高，导致荧光粉衰减速率增加，造成的色温漂移，色坐标漂移的问题，从而可延长LED使用寿命。
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