CN104017558B - 一种改善led封装用荧光粉沉降性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法。该方法主要包括以下步骤：（1）将荧光粉超声分散于水‑乙醇溶液中，滴加氨水，调节pH值，得悬浊液；（2）将正硅酸乙酯、乙醇的混合液滴入悬浮液，充分反应后，洗涤、干燥处理，得到SiO₂包覆的荧光粉；（3）将SiO₂包覆的荧光粉、偶联剂和无水甲苯混合后加热反应，洗涤、干燥后得改性荧光粉。本发明主要通过对荧光粉表面进行改性，增强荧光粉与LED封装用硅胶或环氧树脂的相容性及相互作用力，改善荧光粉在封装胶中的相容性和沉降稳定性，提高产品一致性。

Description

一种改善 LED 封装用荧光粉沉降性能的方法

技术领域

本发明属于LED封装材料改性领域。更具体地，涉及一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法。

背景技术

LED（Light Emitting Diode），又称发光二极管，是一种能够将电能有效转化为光能的电子器件，具有高效节能、绿色环保等优点。LED自诞生以来，特别是上世纪九十年代白光LED的问世，给人们带来了全新的照明理念。与白炽灯、荧光灯等传统照明光源相比，白光LED具有寿命长、体积小、响应快、无污染、可靠性高、适用范围广等优点，此外，还可大大减少能耗，提高能量利用率。目前，白光LED已公认为最高效的照明技术，有望逐步取代白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯成为第四代照明光源，白光LED市场前景巨大。

白光LED可以通过多种途径实现，其中荧光粉转换技术较为成熟，且成本低、工艺简单，产品综合性能较好，目前已成为白光LED的主要实现途径。荧光粉转换法是通过封装硅胶或环氧树脂将荧光粉封装在激发芯片表面，荧光粉受激发后发射荧光，这些荧光与剩余的激发光复合或激发光间复合产生白光，该方法不仅制备工艺简单，还可根据需要，通过改变芯片光强、荧光粉加入量对LED产品的照明效果进行调整。

LED产品中，荧光粉是非常关键的材料，它的性能及分布情况直接影响产品的综合性能，然而，荧光粉与封装胶等有机材料相容性较差，使其在封装胶中难以均匀分布，往往存在荧光粉团聚而导致材料的力学、光学性能下降现象；此外，在封装固化过程中，由于荧光粉与封装胶密度相差较大，往往会出现荧光粉沉降、分层等情况，这些问题也将导致产品光学一致性下降，不良率提高，生产成本增加等等。因此，通过对荧光粉包覆改性来解决沉降、分层等问题对白光LED行业意义重大。

偶联剂是一类分子中同时含有有机和无机两种反应性的化合物，偶联剂能够通过共价键将无机材料和有机材料有效连接起来，因此常通过偶联剂预处理无机粒子，改善分散性、增强结合力；然而，白光LED封装胶体系中，荧光粉表面活性较低，在一定程度上限制了偶联剂改性应用，可预先在其表面包覆一层二氧化硅，增加表面羟基含量，再通过偶联剂缩合反应在其表面引入功能基团，达到改性目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有LED封装用荧光粉性能缺陷以及改性技术的不足，提供一种能够增加提高LED封装用荧光粉稳定性、改善其沉降性能的方法。

本发明的目的是提供一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法，通过二氧化硅（SiO₂）包覆处理在荧光粉表面引入硅羟基，提高表面反应活性，随后采用偶联剂在其表面接枝改性，处理后的荧光粉在封装胶中相容性、稳定性增加，产品一致性提高。所述改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法的步骤如下：

S1.按照荧光粉：水-乙醇溶液=0.1~5g：50mL的比例，将二者混合，超声分散均匀后，滴加氨水，调节pH值，得到悬浊液；

S2.搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液滴入S1悬浮液中，滴加过程中通过控制体系的pH值恒定，充分反应后，用乙醇洗涤3～5次，于50～120℃真空烘箱中干燥处理2～12 h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.按照二氧化硅包覆荧光粉：偶联剂=10g：0.01g～1g的比例，将三者混合均匀，机械搅拌下加热进行反应，洗涤、干燥后得到改性荧光粉。

其中，优选地，S1所述荧光粉为铝酸盐类荧光粉和硅酸盐类荧光粉。

更优选地，S1所述荧光粉为YAG[Y₃Al₅O₁₂:Ce, Ca, Cd]、TAG[Tb₃Al₅O₁₂:Ce, Ca, Cd]或BOSE[(Sr, Ba, Ca)₂SiO₄:Eu]。

优选地，S1所述超声的时间为5～20min，功率为100~300 w。

优选地，S1所述水-乙醇溶液通过滴加氨水调节pH值至8～11；

优选地，S1所述水-乙醇溶液为去离子水-乙醇溶液，按照体积比，去离子水：乙醇=0.1～5：10。

优选地，S2所述反应的时间为4～8h。

优选地，S3所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂KH550）、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH560）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂KH570）、乙烯基三甲氧基硅烷（硅烷偶联剂A-171）、乙烯基三乙氧基硅烷（硅烷偶联剂A-151）、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯（钛酸酯偶联剂TC-105）、单烷氧基三（二辛基磷酰氧基）钛酸酯（钛酸酯偶联剂CT-114）、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯（钛酸酯偶联剂NDZ-201）或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯（铝酸酯偶联剂DL-411-A）中的一种或几种。

优选地，S3所述反应的温度为80～110℃，反应时间为2～8 h；

S3所述洗涤是分别采用甲苯和乙醇各洗涤3～5次；

S3所述干燥是于40～80℃真空烘箱中干燥处理12～24 h。

本发明通过改性处理，增加了荧光粉与封装材料的相容性，避免因团聚分层而导致力学、光学性能下降，同时改性过程中，在荧光粉表面引入功能基团，增大荧光粉与封装材料的相互作用力，减缓甚至抵消沉降效果，提高产品一致性。白光LED封装胶体系中，荧光粉表面活性较低，通过二氧化硅包覆改性处理，增加表面羟基含量，再通过偶联剂缩合反应在其表面引入功能基团，最终利用功能基团与封装胶相互作用，实现荧光粉均匀、稳定分布。其中，二氧化硅包覆不仅能够增加荧光粉表面的反应活性，还可提高荧光粉的稳定性，同时透明的包覆层又不影响荧光粉的光学性能；通过偶联剂形成的共价键以及分子间作用力，将无机材料和有机材料有效连接起来，改善分散性、增强结合力，提高复合材料的综合性能。

LED封装用荧光粉存在多种问题，各问题的考虑与解决绝不能仅仅考虑某单一问题，往往会牵涉到多个问题的相互影响，特别对于产业化生产来讲，要保证改性工艺的效果及生产稳定性，就显得尤为重要。因此，在确定工艺路线时，不能顾此失彼，必须综合考虑整个生产工艺的可行性、宽容度、重复性，相互兼顾。本发明人经过大量的探索和研究，总结得出一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法，通过改性处理得到的改性荧光粉在封装胶中相容性得以改善，并增大了荧光粉与封装材料的相互作用力，降低了沉降速率，提高了产品的一致性。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法，该方法通过二氧化硅包覆处理在荧光粉表面引入硅羟基，提高表面反应活性，随后采用偶联剂在其表面接枝改性，通过两步改性处理后的荧光粉在封装胶中的相互作用力增强，沉降速率下降，有效的改善了荧光粉的沉降性能。此外，本发明所述方法增加了荧光粉在与封装胶的相容性，降低了团聚效果，提高了产品的一致性。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。

实施例1

1、制备LED封装用改性荧光粉，步骤如下：

S1.称取1g YAG:Ce³⁺荧光粉，加入50mL水-乙醇溶液（45mL乙醇、5mL去离子水）中，混合均匀，滴加氨水，调节pH值至8～10，置于超声分散机中，200w功率下分散10 min，得到悬浊液；

S2..机械搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液全部滴入S1悬浮液中，滴入过程中通过滴加氨水控制体系的pH值恒定，充分反应6～8 h后，用乙醇洗涤3～5次，于80℃真空烘箱中干燥处理2～3h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.将0.5g二氧化硅包覆的荧光粉、0.025g硅烷偶联剂KH560和50mL无水甲苯混合均匀，机械搅拌下，110℃反应3h，自然冷却后，使用无水甲苯洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤3次，最后于40℃真空烘箱中干燥24h，得到改性荧光粉。

2、将改性荧光粉置于封装用硅胶中，发现沉降性能改善，沉降速率下降，产品一致性提高。

实施例2

1、制备LED封装用改性荧光粉，步骤如下：

S1.称取1g TAG:Ce³⁺荧光粉，加入50mL水-乙醇溶液（40mL乙醇、10mL去离子水）中，混合均匀，滴加氨水，调节pH值至8.5～11，置于超声分散机中，150w功率下分散20 min，得到悬浊液；

S2.机械搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液全部滴入S1悬浮液中，滴入过程中通过滴加氨水控制体系的pH值恒定，充分反应4～6h后，用乙醇洗涤3～5次，于90℃真空烘箱中干燥处理3 h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.将0.5g二氧化硅包覆的荧光粉、0.01g偶联剂KH550、0.01g偶联剂KH570和50mL无水甲苯混合均匀，机械搅拌下，80℃反应8h，自然冷却后，使用无水甲苯洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤3次，最后于50℃真空烘箱中干燥15～20h，得到改性荧光粉。

2、将改性荧光粉置于封装用硅胶中，发现沉降性能改善，沉降速率下降，产品一致性提高。

实施例3

1、制备LED封装用改性荧光粉，步骤如下：

S1.称取1g BaAl₂Si₂O₈:Eu²⁺荧光粉，加入50mL水-乙醇溶液（47mL乙醇、3mL去离子水）中，混合均匀，滴加氨水，调节pH值至8～10，置于超声分散机中，300w功率下分散10 min，得到悬浊液；

S2.机械搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液全部滴入S1悬浮液中，滴入过程中通过滴加氨水控制体系的pH值恒定，充分反应6～8后，用乙醇洗涤3～5次，于80℃真空烘箱中干燥处理3h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.将0.5g二氧化硅包覆的荧光粉、0.01g偶联剂CT114、0.01g偶联剂TC-105和50mL无水甲苯混合均匀，机械搅拌下，110℃反应6h，自然冷却后，使用无水甲苯洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤3次，最后于60℃真空烘箱中干燥10～15h，得到改性荧光粉。

2、将改性荧光粉置于封装用硅胶中，发现沉降性能改善，沉降速率下降，产品一致性提高。

实施例4

1、制备LED封装用改性荧光粉，步骤如下：

S1.称取1g YAG:Ce³⁺荧光粉，加入50mL水-乙醇溶液（40mL乙醇、10mL去离子水）中，混合均匀，滴加氨水，调节pH值至9～11，置于超声分散机中，200w功率下分散10 min，得到悬浊液；

S2.机械搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液全部滴入S1悬浮液中，滴入过程中通过滴加氨水控制体系的pH值恒定，充分反应6～8后，用乙醇洗涤3～5次，于60℃真空烘箱中干燥处理5 h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.将0.5g二氧化硅包覆的荧光粉、0.01g偶联剂NDZ-201、0.02g偶联剂TC105和50mL无水甲苯混合均匀，机械搅拌下，90℃反应6～8h，自然冷却后，使用无水甲苯洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤3次，最后于45℃真空烘箱中干燥20～24h，得到改性荧光粉。

2、将改性荧光粉置于封装用硅胶中，发现沉降性能改善，沉降速率下降，产品一致性提高。

实施例5

1、制备LED封装用改性荧光粉，步骤如下：

S1.称取1g YAG:Ce³⁺荧光粉，加入50mL水-乙醇溶液（45mL乙醇、5mL去离子水）中，混合均匀，滴加氨水，调节pH值至8～10，置于超声分散机中，300w功率下分散10 min，得到悬浊液；

S2.机械搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液全部滴入S1悬浮液中，滴入过程中通过滴加氨水控制体系的pH值恒定，充分反应6～8后，用乙醇洗涤3～5次，于80℃真空烘箱中干燥处理3 h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.将0.5g二氧化硅包覆的荧光粉、0.01g偶联剂A171、0.01g偶联剂KH550和50mL无水甲苯混合均匀，机械搅拌下，100℃反应6～8h，自然冷却后，使用无水甲苯洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤3次，最后于50℃真空烘箱中干燥20～24h，得到改性荧光粉。

2、将改性荧光粉置于封装用硅胶中，发现沉降性能改善，沉降速率下降，产品一致性提高。

Claims (3)

1.一种改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法，其特征在于，步骤如下：

S1.按照荧光粉：水-乙醇溶液=0.1～5g：50mL的比例，将二者混合，100～300 w超声分散5～20min至均匀后，滴加氨水，调节pH值至8～11，得到悬浊液；

S2.机械搅拌下，将正硅酸乙酯、乙醇的混合液滴入S1悬浮液中，滴加过程中控制体系的pH值恒定，充分反应4～8h后，用乙醇洗涤3～5次，于50～120℃真空烘箱中干燥处理2～12 h，得到二氧化硅包覆的荧光粉；

S3.按照二氧化硅包覆荧光粉：偶联剂=10g：0.01g～1g的比例，将二者与无水甲苯混合均匀，机械搅拌下加热至80～110℃进行反应2～8 h，分别采用甲苯和乙醇各洗涤3～5次、40～80℃真空烘箱中干燥处理12～24 h后得到改性荧光粉；

其中，S1所述荧光粉为铝酸盐类荧光粉和硅酸盐类荧光粉；S1所述水-乙醇溶液为去离子水-乙醇溶液，按照体积比，去离子水：乙醇=0.1～5：10；

S3所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯、单烷氧基三（二辛基磷酰氧基）钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法，其特征在于，S1所述荧光粉为Y₃Al₅O₁₂:(Ce,Ca,Cd)、Tb₃Al₅O₁₂:(Ce,Ca,Cd)或(Sr,Ba,Ca)₂SiO₄:Eu。

3.根据权利要求1所述改善LED封装用荧光粉沉降性能的方法，其特征在于，S3所述二氧化硅包覆荧光粉：偶联剂=10：0.01～1。