CN103972368B - 一种基于光刻技术的led荧光粉的图形化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法，包括以下步骤：第一步：配制含有光阻剂的荧光粉胶；第二步：制取的荧光粉胶涂覆在透光薄膜表面形成荧光粉涂层；第三步：将待印图案制成图案掩模板；第四步：将荧光粉涂层水平方向用X光线进行曝光显影处理后，获得厚薄均匀、表面平整的荧光粉涂层；再将印有图案的掩模板置于荧光粉涂层上方对准曝光后再进行显影处理后，在荧光粉涂层上形成图案；第五步：在制成的荧光粉涂层上均匀涂覆荧光粉硅胶；第六步：对荧光粉涂层进行固化处理。本发明提供了一种在荧光粉涂层上制作各种图形的方法，该方法基于光刻工艺在荧光粉涂层上制作出各种图案，丰富了LED灯的产品种类，扩大LED灯的应用范围，增强LED产品的视觉效应。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种基于光刻技术的在LED芯片表面上制备有图形的荧光粉层的方法。
背景技术
随着科技的进步，人类对电的需求日益增长。据统计，2011年全社会用电量累计达46928亿千瓦时，其中照明用电约占13％之多。其中，作为照明主体的白炽灯泡，其发光率只有5％，其余95％都转化成热量被消耗，造成严重的能源浪费。相对而言，20世纪中期发展起来的LED灯则更有发展前景。LED理论光电效率在60％以上，其高效率、节能环保、寿命长等特点对于资源紧缺和环境污染严重的现代社会来说，无疑是未来绿色照明时代的最佳选择。如今，实现白光LED照明的产业化方式是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉实现白光发射,即荧光转换型白光LED。
LED光源逐渐渗透到背光源、屏幕显示、交通信号灯、景观装饰照明、汽车、通用照明等多领域，具备很大的发展空间。特别是在景观、装饰照明等领域，除了要求LED光源能达到优良的照明性能外，同样希望能够灵活地控制LED光源，展现出不同的图形图案效果。目前的技术是利用若干LED光源，摆出各种图形。但是，这种方法需要使用大量LED光源同时工作，而LED光源正常工作又需要大面积使用散热材料，且电子原器件数量众多，对寿命的影响也比较大。此外，复杂的生产加工也造成了其产品造价昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在LED芯片上的荧光粉涂层制作各种图形的方法，该方法基于光刻工艺在荧光粉涂层上制作出各种图案。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法，包括以下步骤：
第一步：配制含有光阻剂的荧光粉胶；
第二步：将制取的荧光粉胶涂覆在透光薄膜表面形成荧光粉涂层；
第三步：将待印图案制成图案掩模板；
第四步：将荧光粉涂层水平方向用X光线进行曝光显影处理，再将印有图案的掩模板置于荧光粉涂层上方对准曝光后再进行显影处理；
第五步：在制成的荧光粉涂层上均匀涂覆荧光粉硅胶；
第六步：对荧光粉涂层进行固化处理。
进一步，所述含有光阻剂的荧光粉胶包括荧光粉和负性光刻胶，
所述荧光粉和负性光刻胶的质量配比分别为8～25：15～30；
所述荧光粉胶由荧光粉和负性光刻胶混合后经搅拌、超声分散和抽真空操作得到。
进一步，所述荧光粉涂层是荧光粉胶在温度为80～100℃的暗室中软烘5～10min，且去除光刻胶涂布后其中残余的溶剂形成的。
进一步，所述图案掩模板是先采用计算机绘制形成图案，再将图案用热转印的方法印在另一块透光性较好的透光薄膜上形成的。
进一步，所述荧光粉涂层在曝光后再将荧光粉涂层在100～150℃的温度下烘5～10min，然后再用显影剂处理曝光后的荧光粉层，使得未受到光照的部分被溶解，得到与图案掩模板上相同的图形。
进一步，所述荧光粉硅胶涂覆是通过匀胶机的高速离心作用均匀地附上一层荧光粉硅胶。
进一步，所述透光薄膜可为石墨烯薄膜、陶瓷薄膜、光学玻璃片。
本发明的优点在于：本发明提供了一种在荧光粉涂层上制作各种图形的方法，该方法基于光刻工艺在荧光粉涂层上制作出各种图案，丰富了LED灯的产品种类，扩大LED灯的应用范围，增强LED产品的视觉效应。现有白光LED是通过涂覆荧光粉实现的，生产过程中可以通过控制荧光粉层的厚度、均匀性等特性，保证出射光的性能。因此，本发明在此基础上提出一种基于光刻技术在LED芯片上的荧光粉层制作各种图形的方法，以此生产具有各种图形图案的LED光源，丰富了LED灯的产品种类。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为LED封装过程示意框图；
图2为平面工艺示意图；
图3为制作流程图；
图4为正胶经曝光显影后形成的图形；
图5为负胶经曝光显影后形成的图形；
图6为荧光粉胶的涂覆；
图7为水平曝光形成的图形；
图8为纵向曝光形成的图形；
图9为荧光粉硅胶的涂覆；
图10为激发光谱图；
图11为发射光谱图；
图12为光纤光谱图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为LED封装过程示意框图，图2为平面工艺示意图(其中1为通过本发明方法形成的荧光粉薄膜，2为LED芯片，3为基座，4为粘合剂，5为反射杯)，本发明是针对图1的点胶过程的改进，如图2所示，此时不需点胶过程，取而代之的是在LED芯片面上粘接涂覆了荧光粉的薄膜，并且在完成荧光粉胶薄膜的平面涂覆过程中实现图案制作，制作流程如图3所示。
本实施例提供的光刻技术所使用的实验仪器主要包括QP600-2-VIS/NIR光纤光谱仪、F-4600OLED荧光光谱仪(日立)、SB-5200D超声波清洗仪(分散)、KW-4A台式匀胶机；采用的主要材料：光刻胶(负胶)、环己烷显影剂、天宝环氧AB胶(荧光粉硅胶)、XLLY-02A黄色荧光粉。它们的作用和原理如下：光刻胶也称为光致抗蚀剂，是一种光敏材料，它受到光照后特性会发生改变，主要用来将光刻掩膜板上的图形转移到载体上。此外光刻胶有正胶和负胶之分，正胶经过曝光后，受到光照的部分经显影后易被溶解，只留下未受光照部分形成的图形，而负胶刚好相反，它经过曝光后受到光照的部分不易溶解，经过显影后留下光照部分形成的图形，如图4和图5所示。显影剂是使感光材料经曝光后产生的潜影显现成可见影像的药剂。通常使用的AB胶是指丙烯酸改性环氧胶或环氧胶，A组分是丙烯酸改性环氧或环氧树脂，或含有催化剂及其他助剂，B组分是改性胺或其他硬化剂，或含有催化剂及其他助剂，按1：1比例混合。催化剂可以控制固化时间，其他助剂可以控制性能(如粘度、钢性、柔性、粘合性等)。A、B混合后，在150℃温度下60分钟即干透，温度越高干透时间越短。
本发明提供的一种基于光刻技术的LED荧光粉层图形化方法的基本思想为：将荧光粉和负性光刻胶混合，配制成含有光阻剂的荧光粉胶，将分散均匀的该荧光粉胶涂覆在透光率好的薄膜(石墨烯薄膜、陶瓷薄膜、光学玻璃片)的表面，通过控制曝光时间，运用光刻工艺在涂层上得到各种图案；具体包括以下步骤：
第一步：配制含有光阻剂的荧光粉胶；所述荧光粉胶由荧光粉和负性光刻胶组成，
所述荧光粉和负性光刻胶的质量配比分别为8～25、15～30；
所述荧光粉胶由荧光粉和负性光刻胶混合后经搅拌、超声分散、抽真空操作；使其成为分散相对均匀，粘度适中的胶粉混合物，这两种物质不会发生反应。
第二步：将制取的荧光粉胶涂覆在透光薄膜6表面形成荧光粉涂层7，如图6所示；所述荧光粉涂层是荧光粉胶在温度为80～100℃的暗室中软烘5～10min形成。
第三步：将待印图案制成图案掩模板；所述图案掩模板是先采用计算机绘制形成图案，再将图案用热转印的方法印在一块透光性较好的透光薄膜(本实施例中选择薄玻璃片，也可以为石墨烯薄膜、陶瓷薄膜)上形成。
第四步：在荧光粉涂层两侧通过掩模板用X光射线进行对准曝光，曝光后经显影处理形成平整、厚度均匀一致的荧光粉涂层。然后再将刻有图案的掩模板置于荧光粉涂层上方对准曝光后再进行显影处理，得到与图案掩模板上相同的图形。
如图7所示，在所述荧光粉涂层7两侧通过掩模板8用X光射线进行对准曝光，曝光一定时间后在100～150℃的温度下后烘5～10min，经显影剂溶解后形成平整、厚度均匀一致的荧光粉涂层。通过控制升降装置10可以达到控制荧光粉涂层厚度的目的。
然后，如图8所示，将所述印有图案的掩模板置于荧光粉涂层7上方，对其进行对准曝光，一定时间后在125℃的温度下后烘8min，以去除因光刻胶内的感光化合物吸收光量子数不同而产生的驻波效应，防止得到如锯齿状的光刻胶图形，之后用显影剂处理曝光后的荧光粉层，使未受到光照的部分被溶解，最终得到与图案掩模板11上一致的图案13。
第五步：在制成的荧光粉涂层上均匀涂覆荧光粉硅胶12；所述荧光粉硅胶涂覆是通过匀胶机的高速离心作用均匀地附上一层荧光粉硅胶。如图9所示，使得荧光粉层更好地粘附在玻璃片上。
第六步：对荧光粉涂层进行固化处理，增加涂层性能的稳定性。
最后用蓝光LED发出的蓝光激发荧光粉层，图案部分显示蓝光，其余部分显示白光。
利用OLED荧光光谱仪测出的激发光谱如图10所示的激发光谱，荧光粉在400nm附近被激发，且激发所显示的蓝光附近信号是最强的，说明只有蓝光附近的光才能激发黄色荧光粉。另一个高脉冲信号是倍频光，源于机器本身，与荧光粉的激发无关。
利用OLED荧光光谱仪测出的发射光谱如图11所示的发射光谱，400nm波长附近的光是蓝紫光，550nm波长附近的是黄光，说明用400nm左右的光源激发黄色荧光粉时，有黄光和蓝紫光产生。
光纤光谱仪的测试结果如图12所示的光纤光谱图，通过蓝光激发，不同厚度的荧光粉层发出的黄光强度不同，因此可通过观察黄光强度的变化确定荧光粉层的最佳厚度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：配制含有光阻剂的荧光粉胶；
第二步：将制取的荧光粉胶涂覆在透光薄膜表面形成荧光粉涂层；
第三步：将待印图案制成图案掩模板；
第四步：将荧光粉涂层水平方向用X光线进行曝光显影处理，再将印有图案的掩模板置于荧光粉涂层上方对准曝光后再进行显影处理；
第五步：在制成的荧光粉涂层上均匀涂覆荧光粉硅胶；
第六步：对荧光粉涂层进行固化处理；
所述含有光阻剂的荧光粉胶包括荧光粉和负性光刻胶，
所述荧光粉和负性光刻胶的质量配比分别为8〜25：15〜30；
所述荧光粉胶由荧光粉和负性光刻胶混合后经搅拌、超声分散和抽真空操作得到。
2.根据权利要求1所述的基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法 ，其特征在于：所述荧光粉涂层是荧光粉胶在温度为80〜100°C的暗室中软烘5〜10min，且去除光刻胶涂布后其中残余的溶剂形成的。
3.根据权利要求1所述的基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法 ，其特征在于：所述图案掩模板是先采用计算机绘制形成图案，再将图案用热转印的方法印在另一块透光性较好的透光薄膜上形成的。
4.根据权利要求1所述的基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法 ，其特征在于：所述荧光粉涂层在曝光后再将荧光粉涂层在100〜150°C的温度下烘5〜10min，然后再用显影剂处理曝光后的荧光粉层，使得未受到光照的部分被溶解，得到与图案掩模板上相同的图形。
5.根据权利要求1所述的基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法 ，其特征在于：所述荧光粉硅胶涂覆是通过匀胶机的高速离心作用均匀地附上一层荧光粉硅胶。
6.根据权利要求1所述的基于光刻技术的LED荧光粉的图形化方法 ，其特征在于：所述透光薄膜可为石墨烯薄膜、陶瓷薄膜、光学玻璃片。
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| CN101728280B (zh) * | 2008-10-17 | 2011-10-12 | 探微科技股份有限公司 | 发光二极管封装结构及其制作方法 |
| CN102157507B (zh) * | 2011-01-25 | 2013-07-24 | 北京工业大学 | 一种色温和显色指数可调的白光led集成模块封装结构 |
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| CN103972368A (zh) | 2014-08-06 |
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