CN104300074A - 一种荧光粉的涂覆方法及发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光粉涂覆方法及发光二极管装置，荧光粉涂覆方法包括如下步骤：提供均匀混合的糊状的荧光粉胶；提供掩膜板并根据基板上的LED芯片在掩膜板上设计掩膜孔；将封装LED芯片的基板和掩膜板相对固定并压实，掩膜板位于基板的上方，LED芯片自掩膜孔裸露；将糊状的荧光粉胶填入掩膜孔中并将荧光粉胶刷平；对荧光粉胶脱模、固化。采用上述涂覆方法制得的荧光粉可以精确控制荧光粉层的形状和厚度，能够取得均匀的光场，使得同一批次的发光二极管装置具有统一的光色。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域中的一种荧光粉的涂覆方法及使用该荧光粉涂覆方法制造的发光二极管装置。
背景技术
发光二极管（LED,Light Emitting Diode）因为节能、环保、寿命长等优点，正在成为半导体照明的基础，从而引起人们的广泛重视。
白光发光二极管通常是利用蓝光LED激发黄光荧光粉和/或红光荧光粉形成白光，或者利用紫光LED激发三基色荧光粉合成白光。因此，荧光粉的涂覆工艺是制造发光二极管装置的关键步骤。
一种常用的荧光粉涂覆工艺为：将荧光粉与胶体按一定比例混合配成粉浆，然后用细针头将荧光粉胶涂于芯片表面。上述工艺存在如下问题：荧光粉层的厚度和形状难以精确控制，导致光场分布不均；再者，实际操作中，无论手动还是机器操作，同一批次的LED之间荧光粉在形状上都会有一定差异，导致产品的光色一致性较差，产品的重复率也低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种能够精确控制荧光粉层的厚度和形状的荧光粉涂覆方法及发光二极管装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种荧光粉涂覆方法包括如下步骤：提供封装LED芯片的基板；提供均匀混合的糊状的荧光粉胶；提供掩膜板并根据基板上的LED芯片在掩膜板上设计掩膜孔；在掩膜板的掩膜孔内喷刷脱模剂；将封装LED芯片的基板和掩膜板相对固定并压实，掩膜板位于基板的上方，LED芯片自掩膜孔裸露；将糊状的荧光粉胶填入掩膜孔中并将荧光粉胶刷平；对荧光粉胶脱模、固化。
其中，荧光粉胶中荧光粉和胶体的比例范围为73:18:9～94:0:6。
其中，对荧光粉胶脱模、固化的步骤包括：将掩膜板自基板上取下；用蓝光或紫外光照射荧光粉胶直至其完全固化。
其中，用蓝光或紫外光照射荧光粉胶直至其完全固化的步骤之前包括：在荧光粉胶的外表面均匀地喷涂荧光粉末。
其中，对荧光粉胶脱模、固化的步骤包括：用蓝光或紫外光照射荧光粉胶直至其完全固化；将掩膜板自基板上取下。
其中，取下掩膜板的步骤之后进一步包括：在荧光粉胶的外表面均匀地喷涂荧光粉末。
其中，荧光粉胶中的荧光粉和荧光粉末中的荧光粉的组分相同或部分相同。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：一种发光二极管装置，包括基板、LED芯片、第一荧光粉层和第二荧光粉层；LED芯片设置于基板上，第一荧光粉层覆盖LED芯片，且第一荧光粉层是掺入荧光粉的胶体层，第一荧光粉层采用掩膜板刷制得到；第二荧光粉层喷涂于第一荧光粉层的外表面以在第一荧光粉层上形成表面微结构。
其中，第一荧光粉层中荧光粉和胶体的比例范围为73:18:9～94:0:6。
其中，第一荧光粉层和第二荧光粉层中的荧光粉的组分相同或部分相同。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明荧光粉涂覆方法提供设计掩膜孔的掩膜板，将掩膜板和封装LED芯片的基板相对固定并压实，LED芯片自掩膜孔中裸露，然后往掩膜孔中填充糊状的荧光粉并将荧光粉胶刷平，采用上述涂覆方法制得的荧光粉可以精确控制荧光粉层的形状和厚度，能够取得均匀的光场，使得同一批次的发光二极管装置具有统一的光色。
附图说明
图1是本发明荧光粉涂覆方法的流程示意图；
图2是图1所示荧光粉涂覆方法中步骤S70的第一具体实施方式；
图3是图1所示荧光粉涂覆方法中步骤S70的第二具体实施方式；
图4是图1所示本发明荧光粉涂覆方法中应用的封装LED芯片的基板的示意图；
图5是图1所示本发明荧光粉涂覆方法中应用的掩膜板的示意图；
图6是将图4所示封装LED芯片和图5所示掩膜板相对固定的示意图；
图7是本发明发光二极管装置的示意图；
图8是图7所示发光二极管装置自A-A处的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参照图1，本发明荧光粉涂覆方法包括如下步骤：
S10，提供封装LED芯片20的基板10。
请一并参照图4，图4示意了一种封装LED芯片20的基板10。本实施例中，基板10为圆形，其上均匀封装了4个LED芯片20。实际应用中，上述实施例不应构成对本发明荧光粉涂覆方法的限制。LED芯片可以选择蓝光LED芯片、黄光LED芯片等等。
S20，提供均匀混合的糊状的荧光粉胶。
本步骤中，将荧光粉和胶体以及根据实际情况可以选择加入增稠粉的方式按照一定比例充分混合得到糊状的荧光粉胶。增稠粉包括石英粉、PPA（含氟聚合物加工助剂）微粉等。充分混合后，荧光粉均匀分布在糊状荧光粉胶中。本步骤中，荧光粉可以是单一种类的荧光粉，也可以是两种或多种混合的荧光粉。例如荧光粉胶中掺入的荧光粉为黄光荧光粉或者黄光荧光粉和红光荧光粉的混合等。
实际应用中，荧光粉、增稠粉和胶体三者的配比与胶体自身的流动性、所需要的色温决定。通常情况下，荧光粉胶中荧光粉、增稠粉和胶体的重量比范围大致为73:18:9～94:0:6。三者重量比的常规选择通常有80:13:7，85:9:6，91:3:6等多种配比。优选地，为了得到一种正白光，荧光粉、增稠粉和胶体的重量比选择为91:0:9。
S30，提供掩膜板30并根据基板10上的LED芯片20在掩膜板30上设计掩膜孔31。
请一并参照图5，根据基板的形状设计掩膜板的形状。例如，方形的基板通常配方形的掩膜板，圆形的基板通常配圆形的掩膜板等等。掩膜板的厚度大于LED芯片的厚度设计，其具体厚度尺寸由发光二极管装置所需要的色温决定。
进一步地，根据基板10上LED芯片20的数目、位置和尺寸在掩膜板30上设计掩膜孔31。掩膜孔31的数量一般与LED芯片的数量一致或大于LED芯片的数量。例如，一种掩膜孔数量为10的掩膜板既能与基板上封装5个LED芯片的基板结合进行荧光粉涂覆，也能与基板上封装10个LED芯片的基板结合进行荧光粉涂覆。掩膜孔31的位置与LED芯片的位置对应。由于LED芯片为多面发光体，因此，掩膜孔31的尺寸大于LED芯片的尺寸设置，掩膜孔31的具体尺寸由发光二极管装置所需要的色温决定。掩膜孔31可以是与LED外形相同的形状，也可以是与LED外形不同的形状。例如，LED芯片为方形，掩膜孔可以是方形或圆形等。实际应用中，掩膜孔31的形状受产品的色温约束。
实际应用中，步骤S10和步骤S20之间，以及步骤S20和步骤S30之间无先后顺序之分。
S40，在掩膜板30的掩膜孔31内喷刷脱模剂。
本步骤中脱模剂的选择是本领域的现有技术，说明书中不对此进行详细描述。
S50，将封装LED芯片20的基板10和掩膜板30相对固定并压实，使掩膜板30位于基板10的上方，LED芯片20自掩膜孔31裸露。
请一并参照图6，封装LED芯片20的基板10与掩膜板30层叠放置，为了方便后续刷胶，将掩膜板30放于基板10的下方，掩膜孔31的中心与LED芯片的中心正对，且LED芯片20自掩膜孔31中裸露。
基板10和掩膜板30层叠放置时，为了使后续步骤中刷制的荧光粉胶不会渗入基板10的其他位置上，一般采用夹持治具等将基板10和掩膜板30相对固定并压实。
S60，将糊状的荧光粉胶填入掩膜孔31中并将荧光粉胶刷平。
将步骤S20中制成的荧光粉胶放到掩膜板30的上部，用胶刷刷平，由于掩膜孔31的尺寸大于LED芯片20的尺寸，掩膜板30的厚度大于LED芯,20的厚度，荧光粉胶进入掩膜孔31中填充在LED芯片的顶面和侧面。荧光粉胶填入入掩膜孔31中后，通过胶刷等沿着掩膜板30的顶面将荧光粉胶刷平，能够得到严格控制厚度尺寸和形状统一的荧光粉胶体层。
S70，对荧光粉胶脱模、固化。
荧光粉胶的脱模、固化步骤分为两种情况，先脱模后固化，或者先固化后脱模。
请一并参照图2，图2是本发明荧光粉涂覆方法中荧光粉胶脱模固化的第一实施方式流程图，包括如下步骤：
S71，将掩膜板30自基板10上取下；
S72，在荧光粉胶的外表面均匀地喷涂荧光粉末；
S73，用蓝光或紫外光照射荧光粉胶或者加热荧光粉胶直至其完全固化。
紫外固化时间的长短与采用的胶体有关，实际应用中的一个典型值为30秒。直接加温固化是将荧光粉胶放置在真空烘箱中进行，，加热温度一般为150摄氏度，加热时长为1小时。
本实施方式中对刷制在LED芯片外的荧光粉胶采用先脱模再固化的方式，适用于通过步骤S20制得较为黏稠的荧光粉胶体的情形。
其中，步骤S71是荧光粉胶形成第一荧光粉层的脱模步骤，S72可以采用将荧光粉末装入喷雾器内进行喷涂形成第二荧光粉层，第二荧光粉层包覆于第一荧光粉层上，且在第一荧光粉层上形成表面微结构。步骤S73对第一荧光粉层的荧光粉胶进行固化，在固化的过程中，第二荧光粉层中的一部分荧光粉融入第一荧光粉层中，使两个荧光粉层具有良好的结合。
通过步骤S60和S71制得的第一荧光粉层具有光滑的表面，因此发光二极管发光装置发出的光在内部具有较高的反射率，大大限制了出光效率。通过在第一荧光粉层外形成具有表面微结构的第二荧光粉层，能够减低发光二级管装置发出的光在内部的反射率，提高发光二极管装置的出光效率。
当然步骤S72是对本发明涂覆方法的一个优化步骤，如果不考虑出光效率问题，完全可以省略此步骤。
请一并参照图3，图3是本发明荧光粉涂覆方法中荧光粉胶脱模固化的第二实施方式流程图，包括如下步骤：
S71’，用蓝光或紫外光照射荧光粉胶直至其完全固化；
S72’，将掩膜板自基板上取下；
S73’，在荧光粉胶的外表面均匀地喷涂荧光粉末。
本实施方式中对刷制在LED芯片外的荧光粉胶采用先固化再脱模的方式，适用于通过步骤S20制得较为稀薄（即粘度系数较低）的荧光粉胶体的情形。
当荧光粉胶体的粘度系数较低时，通过掩膜板刷制在LED芯片外的荧光粉胶较易流动，不适合先脱模后固化，因此需先固化后脱模。步骤S71’～S73’与荧光粉胶脱模固化的第一实施方式中的步骤S71～S73除了先后次序不同之外并无其他不同，因此，不再具体解释。
本实施方式中，荧光粉末喷涂在固化后形成第一荧光粉层的荧光粉胶外形成第二荧光粉层，第一荧光粉层和第二荧光粉层未进行互相结合，为了使二者相互结合，可以在喷涂荧光粉末后进一步对发光二极管装置进行二次固化。
第二荧光粉层和第一荧光粉层中的荧光粉的成分可以完全相同或部分相同，当然亦可以完全不同。根据使用的具体需求来进行调配，具体的需求例如，调节色温等等。
通过前述荧光粉涂覆方法制得的发光二极管装置请参照图7和图8。
该发光二极管装置包括基板10、LED芯片20、第一荧光粉层40、第二荧光粉层50。LED芯片20设置于基板10上，第一荧光粉层40覆盖LED芯片20，第一荧光粉层40是掺入荧光粉的胶体层，且第一荧光粉层40采用掩膜板30刷制得到。第二荧光粉层50喷涂于第一荧光粉层40的外表面以在第一荧光粉层40上形成表面微结构。
第一荧光粉层中荧光粉和胶体的比例范围为73:18:9～94:0:6。优选地，为了得到一种正白光，荧光粉、增稠粉和胶体的重量比选择为91:0:9。
关于发光二极管装置的构成、组分和制造工艺，前述荧光粉涂覆方法的实施例中已经进行了详细的描述，此处不再赘述。
与现有技术相比，本发明荧光粉涂覆方法提供设计掩膜孔31的掩膜板30，将掩膜板30和封装LED芯片20的基板10相对固定并压实，LED芯片20自掩膜孔31中裸露，然后往掩膜孔31中填充糊状的荧光粉并将荧光粉胶刷平，采用上述涂覆方法制得的荧光粉层可以精确控制荧光粉层的形状和厚度，能够取得均匀的光场，使得同一批次的发光二极管装置具有统一的光色。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种荧光粉涂覆方法，其特征在于，所述荧光粉涂覆方法包括如下步骤：
提供封装LED芯片的基板；
提供均匀混合的糊状的荧光粉胶；
提供掩膜板并根据所述基板上的LED芯片在所述掩膜板上设计掩膜孔；
在所述掩膜板的掩膜孔内喷刷脱模剂；
将所述封装LED芯片的基板和所述掩膜板相对固定并压实，所述掩膜板位于所述基板的上方，所述LED芯片自所述掩膜孔裸露；
将所述糊状的荧光粉胶填入所述掩膜孔中并将所述荧光粉胶刷平；
对所述荧光粉胶脱模、固化。
2.根据权利要求1所述的荧光粉的涂覆方法，其特征在于，所述荧光粉胶中荧光粉、增稠粉和胶体的重量比范围为73:18:9～94:0:6。
3.根据权利要求1所述的荧光粉的涂覆方法，其特征在于，所述对所述荧光粉胶脱模、固化的步骤包括：
将所述掩膜板自所述基板上取下；
用蓝光或紫外光照射所述荧光粉胶或者加热所述荧光粉胶直至其完全固化。
4.根据权利要求3所述的荧光粉的涂覆方法，其特征在于，所述用蓝光或紫外光照射所述荧光粉胶直至其完全固化的步骤之前包括：
在所述荧光粉胶的外表面均匀地喷涂荧光粉末。
5.根据权利要求1所述的荧光粉的喷涂方法，其特征在于，所述对所述荧光粉胶脱模、固化的步骤包括：
用蓝光或紫外光照射所述荧光粉胶或者加热所述荧光粉胶直至其完全固化；
将所述掩膜板自所述基板上取下。
6.根据权利要求5所述的荧光粉的喷涂方法，其特征在于，所述取下所述掩膜板的步骤之后进一步包括：
在所述荧光粉胶的外表面均匀地喷涂荧光粉末。
7.根据权利要求4或6所述的荧光粉的喷涂方法，其特征在于，所述荧光粉胶中的荧光粉和所述荧光粉末中的荧光粉的组分相同或部分相同。
8.一种发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管装置包括基板、LED芯片、第一荧光粉层和第二荧光粉层；所述LED芯片设置于所述基板上，所述第一荧光粉层覆盖所述LED芯片，且所述第一荧光粉层是掺入荧光粉的胶体层，所述第一荧光粉层采用掩膜板刷制得到；所述第二荧光粉层喷涂于所述第一荧光粉层的外表面以在所述第一荧光粉层上形成表面微结构。
9.根据权利要求8所述的发光二极管装置，其特征在于，所述第一荧光粉层中所述荧光粉和所述胶体的比例范围为73:18:9～94:0:6。
10.根据权利要求8所述的发光二级管装置，其特征在于，所述第一荧光粉层和所述第二荧光粉层中的荧光粉的组分相同或部分相同。
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