CN103489996B - 白光led封装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白光LED封装工艺，包括在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤和形成第二荧光粉层（4）的步骤，形成第二荧光粉层的步骤为：将第二荧光粉胶模封在第一荧光粉层（3）上，所述第二荧光粉胶包括第二荧光粉和第二胶体，所述第二荧光粉粒径小于1μm。所述第二荧光粉为无机荧光粉、量子点、有机发光材料三者中的一种或多种；所述第二荧光粉和第二胶体质量比例不高于5：100。本发明通过两种粒径荧光粉的搭配使用，既能使LED保持足够的亮度，又能克服荧光粉的沉降问题，还可以调整蓝光的吸收来提高LED颜色均匀性，可以获得空间颜色均匀性很好的白光LED。

Description

白光LED封装工艺
技术领域
本发明涉及一种LED封装工艺，特别涉及一种白光LED的封装工艺。
背景技术
发光二极管（LED）是一种半导体光源，LED与其它光源诸如白炽灯相比具有很多优点，LED通常具有较长的寿命、较好的稳定性、较快的开关特性以及较低的能耗。随着LED作为新一代光源日益深入人们的生活，其应用也越来越广泛。在合成白光方面，最常用的方式是在发蓝光的LED晶片上放置波长转换材料，例如黄色荧光粉，在LED晶片上的波长转换材料层会吸收一些LED发出的光子，并将它们向下转换（down-convert）为可见光波长的光，从而产生具有蓝色和黄色波长光的双色光源。如果产生的黄光和蓝光有正确的比例，那么人眼会感受到白光。
在现有技术中，LED的封装工艺一般包括固晶、焊线、涂胶、烘烤等步骤，其中涂胶步骤通常将粒径在10~15μm的大粒径荧光粉按照一定比例混合在硅胶中，用过点胶设备将荧光粉与胶的混合物涂覆在LED晶片上，然而，大粒径荧光粉在点胶过程中容易出现荧光粉沉降的问题，使得荧光粉在胶体中的分布不均匀，由此导致封装出的白光LED出现颜色偏差，就是通常所说的黄圈现象。在其它技术方案中，涂胶也可以通过保型涂覆技术LED晶片表面涂覆非常均匀的荧光粉层，但是，由于蓝光LED晶片本身的发光强度在空间的分布具有不等值的特点，对于保型涂覆而言，强度值较大的蓝光通过中心区域荧光粉层的距离比通过边缘区域荧光粉层的距离短，由此导致中心区域色温值高而边缘区域色温值低，同样会出现颜色偏差的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的不足，本发明提供一种白光LED封装工艺，使用该工艺封装的LED能够获得较好的空间颜色均匀性。
为实现上述目的，本发明的白光LED封装工艺包括在LED晶片上形成第一荧光粉层的步骤，还包括形成第二荧光粉层的步骤。现有技术中，为了解决荧光粉沉降的问题，本领域的普通技术人员一般考虑使用荧光粉沉降、离心沉淀等方法来提高LED的颜色均匀性，但是由于这些手段需要精确控制沉降、离心的速度和时间问题，如果控制不好，不仅不能提高颜色均匀性，还可能影响LED的发光效率。在长期的实践和探索中，发明人提出了增设第二荧光粉层的方案，该方案中采用纳米级的无机荧光粉颗粒、量子点或有机发光材料等材料作为第二荧光粉层模封在LED上，可以有效克服荧光粉的沉降问题，提高LED颜色均匀性。
进一步，上述形成第二荧光粉层的步骤为：将第二荧光粉胶模封在第一荧光粉层上，其中，第二荧光粉胶包括第二荧光粉和第二胶体，第二荧光粉粒径小于1μm。其中，本方案中的模封为LED封装时常用的模封方式，其具体是指将第二荧光粉胶放置在模型中，模型及其内的第二荧光粉胶对LED晶片及其上之前涂覆的第一荧光粉层的进行密封，模封完后，第二荧光粉胶形成的第二荧光粉层的形状与模型的形状相同。
进一步，上述第二荧光粉为无机荧光粉、量子点、有机发光材料三者中的一种或多种，可根据任意比例配置，其配比不影响空间颜色均匀性，上述第二荧光粉和第二胶体质量比例不高于5：100，防止影响LED的发光效果。本方案中的量子点为常用的尺寸小于或者接近于波尔半径、具有明显的量子效应的纳米颗粒，例如CdS、ZnS、 CdSe等，其可以被激发发光，具有光化学稳定性高等优点，广泛应用于发光器件中；无机荧光粉为LED封装用的常规无机荧光粉，可以为钇铝石榴石体系荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物或氮氧化物荧光粉等；有机发光材料为可以被420nm~470nm蓝光有效激发的有机材料，例如罗丹明类染料、香豆素类染料、芴类染料或芪类染料等。
进一步，上述白光LED封装工艺还包括二次烘烤步骤，该步骤具体为：将形成了第二荧光粉层的LED晶片放入烘箱中固化，冷却至室温后取出。
进一步，上述在LED晶片上形成第一荧光粉层的步骤为将第一荧光粉胶涂覆在LED晶片上，该第一荧光粉胶包括第一荧光粉和第一胶体，其中第一荧光粉与第一胶体的质量比例为3：100~10：100，第一荧光粉为粒径为x的白光LED荧光粉，其中，8μm≦x≦20μm；在形成第一荧光粉层和形成第二荧光粉层步骤之间还包括烘烤步骤：将涂覆有第一荧光粉胶的LED晶片放入烘箱中固化，冷却至室温后取出。本方案中，烘烤步骤和二次烘烤步骤所采用的烘烤方式与现有的LED封装中使用的烘烤方式相同，只是其烘烤时间为1-3小时，烘烤温度为100-150摄氏度；本步骤中的白光LED荧光粉是指现有白光LED封装过程中使用的荧光粉，其可以为钇铝石榴石荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉等；上述第一胶体和第二胶体为硅胶或环氧胶。
进一步，在LED晶片上形成第一荧光粉层的步骤具体包括：
（a-1）配置第一荧光粉胶：选择第一胶体100份、粒径为x的白光LED荧光粉3-10份，其中，8μm≦x≦20μm，混合并搅拌均匀、除气，获得第一荧光粉胶；
（a-2）涂覆：将第一荧光粉胶采用点胶方式或保型涂覆方式涂覆在LED晶片上。
进一步， 上述形成第二荧光粉层的步骤包括：
（b-1）配置第二荧光粉胶：选择粒径小于1μm的无机荧光粉、量子点、有机发光材料三者中的一种或多种作为第二荧光粉，取第二胶体100份、第二荧光粉5份以下，混合并搅拌均匀、除气，获得第二荧光粉胶；
（b-2）模封：将第二荧光粉胶模封在涂覆有第一荧光粉胶并经烘烤步骤处理后的LED晶片上。
进一步，为使第二荧光粉层更好地调整蓝光的吸收从而提高LED颜色均匀性，步骤（b-2）中采用半球形透镜外壳将第二荧光粉胶模封在烘烤后的LED晶片上，在第一荧光粉层上方形成半球状第二荧光粉层。
进一步，上述第二荧光粉胶中，第二荧光粉与第二胶体的质量比例不高于3：100，可以在完全不影响LED发光效率的情况下有效克服荧光粉沉降问题。
进一步，上述第一荧光粉的粒径为15μm；第一荧光粉与第一胶体的质量比例为7：100；上述第二荧光粉的粒径为300nm；第二荧光粉与第二胶体的质量比例为1：100。本方案中，第一荧光粉和第二荧光粉粒径的选择以及与胶体的质量比例选择，可以使得白光LED的空间色温偏差降到一个非常低的程度，可低至±50K以内，获得较佳的空间颜色均匀性。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过两种粒径荧光粉的搭配使用，可以非常容易的获得空间颜色均匀性很好的白光LED产品。其中，第一荧光粉层使用大粒径荧光粉，使LED保持足够的亮度，第二荧光粉层使用粒径为纳米量级的无机荧光粉颗粒、量子点或有机发光材料，可以有效克服荧光粉的沉降问题，并且第二荧光粉层具有半球结构，可以很好的调整蓝光的吸收来提高LED颜色均匀性。
附图说明
图1为实施例1、实施例2和实施例4的LED剖面结构图；
图2为实施例3中的LED剖面结构图。
图例说明：1、基板； 2、LED晶片； 3、第一荧光粉层； 4、第二荧光粉层； 5、透镜外壳。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
【实施例1】
一种白光LED封装工艺，包括以下步骤：
（a）将蓝光LED晶片2在基板1上固晶、焊线；
（b）配制第一荧光粉胶：选择粒径8μm的商用黄色荧光粉YAG-04混合在信越5547硅胶中，荧光粉与胶的比例为10:100，搅拌、除气，获得第一荧光粉胶；
（c）将第一荧光粉胶采用保型涂覆方法在LED晶片2上形成第一荧光粉层3；
（d）将涂覆有第一荧光粉层3的LED晶片2放入烘箱中固化，冷却至室温后取出；
（e）配制第二荧光粉胶：将粒径为300nm的YAG:Ce无机荧光粉混合在道康宁6650硅胶中，YAG:Ce荧光粉与道康宁6650硅胶的比例控制在5：100，搅拌、除气，获得第二荧光粉胶；
（f）将第二荧光粉胶通过半球形透镜外壳模封在步骤（d）中涂覆有第一荧光粉层3并固化后的LED晶片2上，在第一荧光粉层3上方形成半球状第二荧光粉层4，其剖面结构图见图1，图1中第二荧光粉层4外即为LED的透镜外壳5；
（g）将步骤（f）的半成品放入烘箱中固化，冷却至室温后取出。
本实施例封装的白光LED产品其空间色温偏差在±200K以内，具有极佳的空间颜色均匀性。
【实施例2】
一种白光LED封装工艺，包括以下步骤：
（a）将蓝光LED晶片2在基板1上固晶、焊线；
（b）配制第一荧光粉胶：将粒径10μm的商用黄色荧光粉YAG-04与橙色荧光粉O5742（黄色荧光粉YAG-04与橙色荧光粉O5742的比例为7:3）混合在信越5547硅胶中，荧光粉与胶的比例为6.5:100，搅拌、除气，获得第一荧光粉胶；
（c）将第一荧光粉胶采用点胶涂覆方法在LED晶片2上形成第一荧光粉层3；
（d）将涂覆有第一荧光粉层3的LED晶片2放入烘箱中固化，冷却至室温后取出；
（e）配制第二荧光粉胶：将粒径为5nm的CdS量子点混合在道康宁6650硅胶中，荧光粉与胶的比例控制在3：100，搅拌、除气，获得第二荧光粉胶；
（f）将第二荧光粉胶通过半球形透镜外壳模封在步骤(d)中涂覆有第一荧光粉层3并固化后的LED晶片2上，在第一荧光粉层3上方形成半球状第二荧光粉层4，其剖面结构图见图1，图1中第二荧光粉层4外即为LED的透镜外壳5；
（g）将步骤（f）的半成品放入烘箱中固化，冷却至室温后取出。
本实施例封装的白光LED产品其空间色温偏差在±200K以内，具有极佳的空间颜色均匀性。
【实施例3】
一种白光LED封装工艺，包括以下步骤：
（a）将蓝光LED晶片在基板上固晶、焊线；
（b）配制第一荧光粉胶：将粒径20μm的商用黄色荧光粉YAG-04与氮化物红色荧光粉（黄色荧光粉YAG-04与氮化物红色荧光粉的比例为6:4）混合在环氧胶中，荧光粉与胶的比例为3:100，混合、搅拌、除气，获得第一荧光粉胶；
（c）将第一荧光粉胶采用点胶涂覆方法在LED晶片2上形成第一荧光粉层3；
（d）将涂覆有第一荧光粉层3的LED晶片2放入烘箱中固化，烘烤时间为1-3小时，烘烤温度为100-150摄氏度，冷却至室温后取出；
（e）配制第二荧光粉胶：将有机发光材料R-6G溶解在第二胶体--模封胶中，荧光粉与胶的比例控制在2：100，搅拌、除气，获得第二荧光粉胶；
（f）将第二荧光粉胶用模封机直接在步骤（d）中涂覆有第一荧光粉层3的LED晶片2上模封成透镜，在第一荧光粉层3上方形成半球状第二荧光粉层4，即可获得具有极佳空间颜色均匀性的白光LED产品，产品剖面图见图2。
本实施例封装的白光LED产品其空间色温偏差在±200K以内，具有极佳的空间颜色均匀性。
【实施例4】
一种白光LED封装工艺，包括以下步骤：
（a）将蓝光LED晶片2在基板1上固晶、焊线；
（b）配制第一荧光粉胶：选择粒径15μm的商用黄色荧光粉YAG-04混合在信越5547硅胶中，荧光粉与胶的比例为7:100，搅拌、除气，获得第一荧光粉胶；
（c）将第一荧光粉胶采用保型涂覆方法在LED晶片2上形成第一荧光粉层3；
（d）将涂覆有第一荧光粉层3的LED晶片2放入烘箱中固化，冷却至室温后取出；
（e）配制第二荧光粉胶：将粒径为300nm的YAG:Ce荧光粉混合在环氧胶中，荧光粉与胶的比例控制在1：100，除气，获得第二荧光粉胶；
（f）将第二荧光粉胶通过半球形透镜外壳模封在步骤（d）中涂覆有第一荧光粉层3的LED晶片2上，在第一荧光粉层3上方形成半球状第二荧光粉层4，其剖面结构图见图1，图1中第二荧光粉层4外即为LED的透镜外壳5；
（g）将步骤（f）的半成品放入烘箱中固化，冷却至室温后取出，即可获得具有极佳空间颜色均匀性的白光LED产品，本实施例中的白光LED的空间色温偏差在±50K以内。
【对比例】
本对比例是实施例1至4与现有技术中常用LED封装工艺的对比，通过对比例可以看出，本发明的LED封装工艺可以使白光LED的空间色温偏差降低到±200K以内，而现有技术的封装工艺的空间色温偏差在±900K以上，使用本发明的封装工艺获得的空间颜色均匀性更好。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.白光LED封装工艺，包括在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤，其特征在于，还包括烘烤步骤、形成第二荧光粉层（4）的步骤和二次烘烤步骤，
所述在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤为将第一荧光粉胶涂覆在LED晶片（2）上，所述第一荧光粉胶包括第一荧光粉和第一胶体，其中第一荧光粉与第一胶体的质量比例为3：100~10：100，所述第一荧光粉为粒径为x的白光LED荧光粉，其中，8μm≦x≦20μm；
所述烘烤步骤在形成第一荧光粉层（3）步骤和形成第二荧光粉层（4）步骤之间，具体为：将涂覆有第一荧光粉胶的LED晶片（2）放入烘箱中固化，冷却至室温后取出；
所述形成第二荧光粉层（4）的步骤为：将第二荧光粉胶模封在第一荧光粉层（3）上，所述第二荧光粉胶包括第二荧光粉和第二胶体，所述第二荧光粉粒径小于1μm；所述第二荧光粉为无机荧光粉、有机发光材料中的一种或两种；所述第二荧光粉和第二胶体质量比例不高于5：100；
所述二次烘烤步骤具体为：将形成了第二荧光粉层（4）的LED晶片（2）放入烘箱中固化，冷却至室温后取出。
2.根据权利要求1所述的白光LED封装工艺，其特征在于，所述在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤具体包括：
（a-1）配置第一荧光粉胶：选择第一胶体100份、粒径为x的白光LED荧光粉3-10份，其中，8μm≦x≦20μm，混合并搅拌均匀、除气，获得第一荧光粉胶；
（a-2）涂覆：将第一荧光粉胶采用点胶方式或保型涂覆方式涂覆在LED晶片（2）上。
3.根据权利要求1所述的白光LED封装工艺，其特征在于，所述形成第二荧光粉层（4）的步骤具体包括：
（b-1）配置第二荧光粉胶：选择粒径小于1μm的无机荧光粉、有机发光材料中的一种或两种作为第二荧光粉，取第二胶体100份、第二荧光粉5份以下，混合并搅拌均匀、除气，获得第二荧光粉胶；
（b-2）模封：将第二荧光粉胶模封在涂覆有第一荧光粉胶并经烘烤步骤处理后的LED晶片（2）上。
4.根据权利要求3所述的白光LED封装工艺，其特征在于，步骤（b-2）中，采用半球形透镜外壳将第二荧光粉胶模封在烘烤后的LED晶片（2）上，在第一荧光粉层（3）上方形成半球状第二荧光粉层（4）。
5.根据权利要求1至3任一所述的白光LED封装工艺，其特征在于，所述第二荧光粉胶中，第二荧光粉与第二胶体的质量比例不高于3：100。
6.根据权利要求1至3任一所述的白光LED封装工艺，其特征在于，所述第一荧光粉的粒径为15μm；第一荧光粉与第一胶体的质量比例为7：100；所述第二荧光粉的粒径为300nm；第二荧光粉与第二胶体的质量比例为1：100。
7.白光LED封装工艺，包括在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤，其特征在于，还包括烘烤步骤、形成第二荧光粉层（4）的步骤和二次烘烤步骤，
所述在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤为将第一荧光粉胶涂覆在LED晶片（2）上，所述第一荧光粉胶包括第一荧光粉和第一胶体，其中第一荧光粉与第一胶体的质量比例为3：100~10：100，所述第一荧光粉为粒径为x的白光LED荧光粉，其中，8μm≦x≦20μm；
所述烘烤步骤在形成第一荧光粉层（3）步骤和形成第二荧光粉层（4）步骤之间，具体为：将涂覆有第一荧光粉胶的LED晶片（2）放入烘箱中固化，冷却至室温后取出；
所述形成第二荧光粉层（4）的步骤为：将第二荧光粉胶模封在第一荧光粉层（3）上，所述第二荧光粉胶包括第二荧光粉和第二胶体，所述第二荧光粉粒径小于1μm；所述第二荧光粉为量子点；所述第二荧光粉和第二胶体质量比例不高于5：100；
所述二次烘烤步骤具体为：将形成了第二荧光粉层（4）的LED晶片（2）放入烘箱中固化，冷却至室温后取出。
8.根据权利要求7所述的白光LED封装工艺，其特征在于，所述在LED晶片（2）上形成第一荧光粉层（3）的步骤具体包括：
（a-1）配置第一荧光粉胶：选择第一胶体100份、粒径为x的白光LED荧光粉3-10份，其中，8μm≦x≦20μm，混合并搅拌均匀、除气，获得第一荧光粉胶；
（a-2）涂覆：将第一荧光粉胶采用点胶方式或保型涂覆方式涂覆在LED晶片（2）上。
9.根据权利要求7所述的白光LED封装工艺，其特征在于，所述形成第二荧光粉层（4）的步骤具体包括：
（b-1）配置第二荧光粉胶：选择粒径小于1μm的量子点作为第二荧光粉，取第二胶体100份、第二荧光粉5份以下，混合并搅拌均匀、除气，获得第二荧光粉胶；
（b-2）模封：将第二荧光粉胶模封在涂覆有第一荧光粉胶并经烘烤步骤处理后的LED晶片（2）上。
10.根据权利要求9所述的白光LED封装工艺，其特征在于，步骤（b-2）中，采用半球形透镜外壳将第二荧光粉胶模封在烘烤后的LED晶片（2）上，在第一荧光粉层（3）上方形成半球状第二荧光粉层（4）。
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