CN104175578A - 一种led荧光粉预制膜的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED荧光粉预制膜的制造方法，包括以下步骤：选择薄膜片和表面平滑的衬底，利用机械切割或激光切割在薄膜片上制作预制腔，将带有预制腔的薄膜片粘接压紧在衬底表面；将荧光粉和粘合剂按(0.1～1)∶1的质量比均匀混合后浇铸到预制腔内；利用光刻工艺制备带有倒梯形周期性光栅结构的印章，通过压印工艺将所述印章压盖在充有所述混合物的预制腔上方，然后进行加热固化，得到表面为倒梯形周期性光栅结构的荧光粉预制膜。本发明的工艺简单，操作性强，成本低，适合工厂大批量生产；克服了现有技术荧光粉预制膜制作中相同批次及不同批次之间出光不一致的问题，提高了光子转换效率和LED封装结构的整体出光率及光色的均匀性。

Description

一种LED荧光粉预制膜的制造方法

技术领域

本发明属于LED制造技术领域，具体涉及一种LED荧光粉预制膜的制造方法。

背景技术

现有技术中的白光LED灯具一般是将产生蓝光的LED芯片与荧光物质层紧贴并封装在一个密闭空间内以形成白光LED。其中荧光物质层的制造方法为将一定比例的荧光粉和胶体混合均匀，放入真空干燥器内排气泡(至少需要30分钟)，然后通过点胶工艺将荧光粉和胶体的混合物涂覆在芯片上，进行加热固化形成荧光粉预制层。该工艺耗时较长，点胶过程中荧光粉的浓度难以自始至终保持一致；且由于荧光粉的沉降问题，导致胶体浓度变化引起不同批次甚至是相同批次制造出的器件光色度不完全相同，对同一器件，由于固化后的荧光粉中间厚、四周薄，导致中间偏黄、四周偏蓝。

为了解决上述问题，现有技术中有人提出了采用注塑法制备荧光粉预制薄膜，但注塑法制备荧光粉层需要特定的设备和工艺，工作操作和控制繁琐，投入成本较高，膜的厚度和均匀性不太好控制。

发明内容

本发明为了解决以上的不足，提供了一种LED荧光粉预制膜的制造方法，该方法工艺简单，成本低；且制得的荧光粉预制膜的倒梯形微细光学结构，使得出光率和光线均匀性大大提高。

为了实现本发明目的所采取的技术方案是：一种LED荧光粉预制膜的制造方法，该方法包括以下步骤：

1)模具制作：选择薄膜片和表面平滑的衬底，利用机械切割或激光切割在薄膜片上切割形成贯穿薄膜片上下表面的预制腔，将所述带有预制腔的薄膜片固定于衬底上，得到所述模具，模具的模腔形成为所述薄膜片和衬底的结合，模腔高度为薄膜片的厚度；

2)浇铸：将荧光粉和粘合剂按质量比为(0.1～1)∶1的比例均匀混合，并将所述荧光粉和粘合剂的混合物浇铸到所述模腔内，浇铸高度至薄膜片的表平面，使荧光粉预制膜制成的厚度决定于所选薄膜片的厚度；

3)压印及固化：利用光刻工艺制备带有倒梯形周期性光栅结构的印章，通过压印工艺将所述印章压盖在充有所述混合物的模腔上方，然后进行加热固化；

4)脱模：加热固化后首先将所述印章与所述模具分离，然后将固化成型的荧光粉层与所述模腔分离获得所述荧光粉预制膜，荧光粉预制膜的表面为倒梯形的周期性光栅结构。

优选的，步骤(1)中所述带有预制腔的薄膜片通过粘结压紧的方式连接在所述衬底表面。

优选的，所述薄膜片的厚度为0.1-1mm。

优选的，所述步骤(3)中固化时间为10-300min，固化温度为70-150℃。

更优的，由于温度过高会导致模板变形严重，温度过低则导致荧光粉和粘合剂的混合物的固化不充分，所述步骤(3)中固化时间为50-150min，固化温度为90-130℃。

优选的，步骤(4)中所述荧光粉预制膜的厚度为(0.1-1)mm±0.01mm。

优选的，所述薄膜片的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、K9玻璃片、石英玻璃片、镍板、铬板、不锈钢板中的一种或以上。

优选的，所述印章的材料为聚二甲基硅氧烷、含氟聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、硅、镍、二氧化硅、石英玻璃、碳化硅、金刚石、石墨烯中的一种或以上。

优选的，所述的粘合剂为硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯醚中的一种或两种以上的混合体。

优选的，所述的荧光粉为YAG荧光粉、TAG荧光粉、红色荧光粉、或紫外激发的RGB荧光粉中的一种或几种荧光粉的混合粉。

优选的，还包括步骤(5)：将步骤(4)所得的荧光粉预制膜进行切割，得到面积、形状符合封装要求的荧光粉层。

一种包含有所述荧光粉预制膜的LED封装结构，包括LED发光元件和隔热胶层，所述隔热胶层粘结设置于所述LED发光元件上方，所述荧光粉预制膜设置于所述隔热胶层上方。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过选择薄膜片和表面平滑的衬底，对一定厚度的薄膜片进行切割，在薄膜片上形成贯穿薄膜片上下表面的预制腔，将带有预制腔的薄膜片粘结压紧在衬底表平面，形成容纳荧光粉预制膜的模腔；然后将荧光粉和粘合剂按一定比例均匀混合后浇铸在模腔内，浇铸高度至薄膜片的表平面，使荧光粉预制膜制成的厚度决定于所选的薄膜片厚度，然后通过压印、固化与脱模，制作出表面为倒梯形周期性光栅结构的荧光粉预制膜。与现有技术相比，该工艺简单，操作性强，无需大型专业仪器设备和专业技术人员，降低了制作所消耗的原料成本、设备成本及人力成本，适合工厂大批量生产；且克服了现有技术荧光粉预制膜制作中相同批次及不同批次之间出光不一致性的问题。

2、本发明制备出的荧光粉预制膜的表面具有倒梯形周期性光栅结构，当光线到达荧光粉层时，倒梯形结构为超过全反射角的黄光提供了直接出射的机会，降低了全反射发生的几率，提高了光色均匀性；与此同时倒梯形结构可抑制光源发出的光强较大的小角度蓝光的出射，使其在荧光粉层内多次反射被重复利用，提高了光子转换效率和LED封装结构的整体出光率。

3、利用本发明的制造方法制作荧光层时，荧光粉预制膜的厚度、形状、大小及荧光粉含量均能够精确控制，且膜厚精度与现有技术中注塑法相比有显著提高。其中荧光粉预制膜的厚度直接取决于所选薄膜片的厚度，可根据实际需求选择不同尺寸的薄膜片，形成不同尺寸的荧光粉预制薄膜，其适用范围较广。

附图说明

图1是本发明荧光粉预制膜的制造方法的工艺步骤；

图2是本发明中模具的剖面图；

图3是本发明荧光粉预制膜的制造方法的具体工艺流程图；

图4是本发明中LED发光元件发出的光在荧光粉预制膜中的光路示意图；

图5是本发明中荧光粉受光线激发在荧光粉预制膜中的光路示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明：

参照附图1-3所示,一种LED荧光粉预制膜的制造方法，该方法包括以下步骤：

1)模具制作：选择薄膜片1和表面平滑的衬底2；所述薄膜片的材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、K9玻璃片、石英玻璃片、镍板、铬板、不锈钢板中的一种或以上。

然后利用机械切割或激光切割的方法在薄膜片1上切割形成多个贯穿薄膜片1上下表面的一定大小和形状的预制腔。将所述带有预制腔的薄膜片1粘结在衬底2上方，并与衬底2压紧，即得到用于浇铸荧光粉与粘合剂混合物的浇铸模具，模具的模腔11形成为所述薄膜片1和衬底2的结合，模腔11高度为薄膜片1的厚度，所述薄膜片1的厚度为0.1-1mm。

2)浇铸：将荧光粉和粘合剂按质量比为(0.1～1)∶1的比例均匀混合。

所述的荧光粉为YAG荧光粉、TAG荧光粉、红色荧光粉、或紫外激发的RGB荧光粉中的一种或几种荧光粉的混合粉。

所述的粘合剂为硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯醚中的一种或两种以上的混合体。

将荧光粉和粘合剂均匀混合后真空去气泡，然后将所述荧光粉和粘合剂的混合物3浇铸到所述模具的模腔11内，所述模腔11底面为平面型，浇铸高度至薄膜片的表平面，使荧光粉预制膜制成的厚度决定于所选薄膜片的厚度。

3)压印及固化：利用光刻工艺制备带有倒梯形周期性微细光栅结构的印章4。

所述印章4的材料为聚二甲基硅氧烷、含氟聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、硅、镍、二氧化硅、石英玻璃、碳化硅、金刚石、石墨烯中的一种或以上。

通过压印工艺将所述印章4压盖在均匀充有所述混合物3的模腔11表面上，然后在70-150℃温度下加热固化10-300min，将所述印章4上的倒梯形周期性光栅结构转移到所述荧光粉和粘合剂的混合物3表面。

其中固化温度与薄膜片的材料有关，若固化温度太高，会导致模板变形严重；若固化温度太低，会导致粘合剂固化不充分。

4)脱模：固化完成后印章4上的倒梯形周期性光栅结构被转移到模腔内的荧光粉和粘合剂的混合物3上表面。

首先将所述印章4与所述模具分离，然后将模腔11内的荧光粉混合物与所述模腔分离，获得所述荧光粉预制膜5，荧光粉预制膜5的表面为倒梯形的周期性光栅结构。

所述荧光粉预制膜5的厚度为(0.1-1)mm±0.01mm，即本发明制作出的荧光粉预制膜的厚度差值可控制在0.01mm以内。

根据不同的封装要求，可以将所制作出的荧光粉预制膜进行切割，得到面积、形状符合封装要求的荧光粉层，增大了其适用范围。本发明制作出的荧光粉预制膜可切割至最小面积为0.0225mm2。

参照附图4和附图5所示，一种包含有所述荧光粉预制膜的LED封装结构，包括蓝光LED发光元件6和隔热胶层7，所述隔热胶层7粘结覆盖在所述蓝光LED发光元件6上，将切割成一定大小的荧光粉预制膜5设置于隔热胶层7上，即可实现LED的近场封装。

本发明制备出的具有倒梯形周期性光栅结构的荧光粉预制膜，当蓝光LED发光元件6发出的蓝光进入黄色荧光粉预制层后，倒梯形微细光学结构抑制了光强较大的小角度蓝光的出射，使所述蓝光在荧光粉层内多次反射被重复利用，提高了光子转换效率。同时，倒梯形结构为超过全反射角的黄光提供了直接出射的机会，该结构增加了从荧光粉颗粒5a出发的朝各个方向的黄光的出射，降低了全反射发生的几率，提高了最终光色的均匀性和LED封装结构的整体出光率。经大量实验测得本发明制造出的荧光粉预制膜提高了光子的最终转换效率。本发明的制造方法可提高芯片厂商的产品良率，降低封装厂商的生产成本。

实施例一：

制备厚度为0.1mm的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)薄膜片，利用机械切割或化学切割法在所述PMMA薄膜片上切割，形成贯穿PMMA薄膜片上下表面的预制腔，选择表面平滑的衬底，将带有预制腔的PMMA薄膜片粘结压紧在衬底表面上形成浇铸模具。取0.5g黄色荧光粉，5g硅胶，将二者均匀混合，真空去气泡后浇铸到设计厚度为0.1mm的模具的模腔内，充模均匀后盖上带有倒梯形周期性光栅结构的印章，然后在120℃环境温度下固化60min，固化完成后将印章剥离，印章上的倒梯形微细光学结构转移到荧光粉混合物表面，使荧光粉混合物表面形成倒梯形周期性光栅结构。然后将固化成型的荧光粉混合物层与模具脱离，即获得一次成型的厚度在0.1mm±0.01mm的白光LED用荧光粉预制膜。

实施例二：

制备厚度为0.5mm的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)薄膜片，利用机械切割或化学切割法在所述PMMA薄膜片上切割，形成贯穿PMMA薄膜片上下表面的预制腔，选择表面平滑的衬底，将带有预制腔的PMMA薄膜片粘结压紧在衬底表面上形成浇铸模具。取0.5g黄色荧光粉，5g硅胶，将二者混合均匀，真空去气泡后浇铸到设计厚度为0.5mm的模具的模腔内，充模均匀后盖上带有倒梯形周期性光栅结构的印章，然后在100℃环境温度下固化120min，固化完成后将印章剥离，印章上的倒梯形微细光学结构转移到荧光粉混合物表面，使荧光粉混合物表面形成倒梯形光学结构。然后将固化成型的荧光粉混合物层与模具脱离，即获得一次成型的厚度在0.5mm±0.01mm的白光LED用荧光粉预制膜。

实施例三：

制备厚度为0.42mm的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)膜片，利用机械切割或化学切割法在所述PMMA薄膜片上切割，形成贯穿PMMA薄膜片上下表面的预制腔，选择表面平滑的衬底，将带有预制腔的PMMA薄膜片粘结压紧在衬底表面上形成浇铸模具。取2g黄色荧光粉，5g硅胶，将二者混合均匀，真空去气泡后浇铸到设计厚度为0.42mm的模具的模腔内，充模均匀后盖上带有倒梯形周期性光栅结构的印章，然后在100℃环境温度下固化120min，固化完成后将印章剥离，印章上的倒梯形微细光学结构转移到荧光粉混合物表面，使荧光粉混合物表面形成倒梯形光学结构。然后将固化成型的荧光粉混合物层与模具脱离，即获得一次成型的厚度在0.42mm±0.01mm的白光LED用荧光粉预制膜。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)模具制作：选择薄膜片和表面平滑的衬底，利用机械切割或激光切割在薄膜片上切割形成贯穿薄膜片上下表面的预制腔，将所述带有预制腔的薄膜片固定于衬底上，得到所述模具，模具的模腔形成为所述薄膜片和衬底的结合，模腔高度为薄膜片的厚度；

2)浇铸：将荧光粉和粘合剂按质量比为(0.1～1)∶1的比例均匀混合，并将所述荧光粉和粘合剂的混合物浇铸到所述模腔内，浇铸高度至薄膜片的表平面，使荧光粉预制膜制成的厚度决定于所选薄膜片的厚度；

3)压印及固化：利用光刻工艺制备带有倒梯形周期性光栅结构的印章，通过压印工艺将所述印章压盖在充有所述混合物的模腔上，然后进行加热固化；

4)脱模：加热固化后首先将所述印章与所述模具分离，然后将固化成型的荧光粉层与所述模腔分离获得所述荧光粉预制膜，荧光粉预制膜的表面为倒梯形的周期性光栅结构。

2.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，步骤(1)中所述带有预制腔的薄膜片通过粘结压紧的方式连接在所述衬底表面。

3.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，所述薄膜片的厚度为0.1-1mm。

4.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中固化时间为10-300min，固化温度为70-150℃。

5.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，步骤(4)中所述荧光粉预制膜的厚度为(0.1-1)mm±0.01mm。

6.根据权利要求1-3任一项所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，所述薄膜片的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、K9玻璃片、石英玻璃片、镍板、铬板、不锈钢板中的一种或以上。

7.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，所述印章的材料为聚二甲基硅氧烷、含氟聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、硅、镍、二氧化硅、石英玻璃、碳化硅、金刚石、石墨烯中的一种或以上。

8.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，所述粘合剂为硅胶、环氧树脂、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯醚中的一种或两种以上的混合体。

9.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，所述荧光粉为YAG荧光粉、TAG荧光粉、红色荧光粉、或紫外激发的RGB荧光粉中的一种或几种荧光粉的混合粉。

10.根据权利要求1所述的LED荧光粉预制膜的制造方法，其特征在于，还包括步骤(5)：将步骤(4)所得的荧光粉预制膜进行切割，得到面积、形状符合封装要求的荧光粉层。