CN105047795A - 一种荧光基板及发光装置的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种荧光基板及发光装置的制备方法，包括以下步骤：S1：将荧光粉与液态陶瓷前趋物混合以形成浆料；S2：将上述浆料涂覆于一基板上；S3：对上述基板进行热处理以使该基板上的所述浆料固化成为含荧光粉的固体陶瓷。本发明还涉及一种发光装置的制备方法，包括以下步骤：A1：提供一发光元件晶片；A2：将荧光粉和液态陶瓷前趋物进行混合形成一浆料，将该浆料涂覆于发光元件晶片上；A3：对涂覆有浆料的发光元件晶片进行热处理，以使其上的浆料进行固化。本发明的有益效果在于，提供一种工艺简单且操作方便的荧光基板及发光装置的制备方法。

Description

一种荧光基板及发光装置的制备方法
技术领域
本发明涉及一种荧光基板及发光装置的制备方法。
背景技术
传统固态白光光源主要有以下三种：第一种白光光源是以红、蓝、绿三色发光二极体晶粒组成；第二种白光光源是以蓝光发光二极体，激发黄色钇铝石榴石荧光粉产生白光；第三种白光光源是以紫外发光二极体，激发含有一定比例之红、蓝、绿荧光粉的透明光学胶而得到三波长之白光。
高功率大面积的发光二极体照明模组之封装技术，除了散热问题会严重影响到组件寿命外，目前常用的点胶、封灌、膜压工艺方式，也因为所采用的环氧树脂容易在使用过程中变稠，使其难以控制气泡、缺料、黑点及荧光胶中荧光粉沉淀，因而导致发光均匀度不一致，而造成产品的色差。
为克服上述问题，习知另一种方法系利用荧光粉与陶瓷玻璃熔剂混合，加热至600℃至800℃而成为半熔状玻璃体，而后将玻璃体研磨成粉体并涂布于基板上，再将基板切割成适当大小贴合至发光二极体上，然而在上述方法中，因为陶瓷玻璃熔剂需要加热至特定的高温才可以呈现透明，若是温度有偏差，则可能使玻璃材料失透(Devitrification),而影响荧光材料的发光效率，且在高温热处理制程中，荧光粉可能与基板产生反应，而影响所制造发光组件的应用性，并增加制程的耗能。
玻璃是非晶态产品，散热差强度差易碎不易切割而陶瓷是晶态产品折射率高(取光率佳)散热佳，强度够，例：SiO2折射率1.54摩氏硬度7(玻璃主材料)、Al2Q3折射率1.77摩氏硬度9(陶瓷主材料)另一方面，习知方法所形成的玻璃粉体之硬度大，因此将其涂布于基板上时，必须使用如丝网印刷的涂布方法，但此方法分辨率差，且应用时会产生漏光、色温不易控制，故难有稳定的品质；另外可以使用的方法如点胶涂布，但其涂布均匀性较难控制，以上述的方法在基板上进行涂布时，发光胶体的厚度较厚，因此会使发光二极体出光变差，且需要使用较多的荧光粉有鉴于上述问题使得发光二极体的应用受到限制并增加其制程的成本，因此极须一种新的发光装置的制造方法，可避免制程中所需高温造成的问题，并且克服其涂布步骤上的限制。
目前LED封闭材料主要是选用环氧树脂(Epoxy)或矽树脂(Silicone),荧光粉多是结合环氧树脂(Epoxy),硅树脂(Silicone)等有机胶材进行封装，倘若应用于高功率或是短波长之LED晶片激发时，有机封装树脂容易黄变及老化，取光效率差、安定性不佳、寿命短等情形，进而影响其透光性及输出功率，然而这些有机封装胶材之气密性通常不佳，水分子或是氧分子会渗透到胶材内部，而降低荧光粉与晶片的效率，并导致使用寿命的减短，此外，目前有机胶材之折射系数(RefractiveIndex；RI值)较低，约介于1.4～1.53之间，与荧光粉1.8～1.9之折射系数差距，会造成光线的散射而降低光取出效率。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种工艺简单且操作方便的荧光基板及发光装置的制备方法。
本发明提供了一种荧光基板的制备方法，包括以下步骤：
S1：将荧光粉与液态陶瓷前趋物混合以形成浆料；
S2：将上述浆料涂覆于一基板上；
S3：对上述基板进行热处理以使该基板上的所述浆料固化成为含荧光粉的固体陶瓷，所述热处理的温度为130～170℃。
可选的，所述荧光粉的材质为波长范围为254～660nm吸收及放射波普的荧光材料，该荧光粉为钇铝石榴石、铽铝石榴石、矽酸盐系统、硫化物系统、氮化物系统以及氮氧化物系统中的一种或多种。
可选的，所述液态陶瓷前趋物在25℃和1个标注大气压的状态下为液态。
可选的，所述液态陶瓷前趋物由焦磷酸钾或硼酸与奈米级氧化铝组成，其中，所述焦磷酸钾或硼酸的质量百分比为30～70％，所述奈米级氧化铝的质量百分比为30～70％。
可选的，所述基板为陶瓷基板、玻璃基板、有机耐温透明基板、氧化铝基板、氧化铝陶瓷基板或蓝宝石基板中的一种。
可选的，所述将该浆料涂覆于所述基板上的方法为网印法、转印法、喷墨法、刮刀涂布法或旋转涂布法中的一种，以使所述浆料均匀涂布于该基板上。
可选的，还包括将步骤S3中形成的具有固态陶瓷的基板切割成预定尺寸的基板，同时将切割成预定尺寸的基板与LED晶片组合，所述LED晶片为应用荧光粉制作的发光LED晶片，所述LED晶片为紫光LED晶片、紫外光LED晶片或蓝光LED晶片。
一种发光装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S301：提供一发光元件晶片；
S303：将荧光粉和液态陶瓷前趋物进行混合形成一浆料，将该浆料涂覆于步骤S301中的发光元件晶片上；
S305：对步骤S303中涂覆有浆料的发光元件晶片进行热处理，以使所述发光元件晶片上的浆料进行固化。
本发明具有以下优点和有益效果：本发明提供一种荧光基板及发光装置的制备方法，该方法制备得到的荧光基板和发光装置具有低耗电量、寿命长、不易破损、低发热量、体积小且可塑性强等优点，可广泛应用于如家电和仪表的指示灯以及光电产品，并逐渐取代传统的发光材料，成为新一代市场的主流。
附图说明
图1为本发明的发光元件的制备方法的流程图；
图2为本发明的发光装置的制备方法的流程图；
图3为按照图1的流程图制造的白光LED封装体的剖面示意图；
图4为按照图2的流程图制造的白光LED封装体的剖面示意图。
具体实施方式
下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：本发明实施例的一种荧光基板的制备方法，包括以下步骤：S1：将荧光粉与液态陶瓷前趋物混合以形成浆料；S2：将上述浆料涂覆于基板上；S3：对上述基板进行热处理以使该基板上的所述浆料固化成为含荧光粉的固体陶瓷，所述热处理的温度为130～170℃。
作为上述实施例的优选实施方式，所述荧光粉的材质为波长范围为254～660nm吸收及放射波普的荧光材料，该荧光粉为钇铝石榴石、铽铝石榴石、矽酸盐系统、硫化物系统、氮化物系统以及氮氧化物系统中的一种或多种。
作为上述实施例的优选实施方式，所述液态陶瓷前趋物在25℃和1个标注大气压的状态下为液态。
作为上述实施例的优选实施方式，所述液态陶瓷前趋物由焦磷酸钾或硼酸与奈米级氧化铝组成，其中，所述焦磷酸钾或硼酸的质量百分比为30～70％，所述奈米级氧化铝的质量百分比为30～70％。
作为上述实施例的优选实施方式，所述基板为陶瓷基板、玻璃基板、有机耐温透明基板、氧化铝基板、氧化铝陶瓷基板或蓝宝石基板中的一种。
作为上述实施例的优选实施方式，所述将该浆料涂覆于所述基板上的方法为网印法、转印法、喷墨法、刮刀涂布法或旋转涂布法中的一种，以使所述浆料均匀涂布于该基板上。
作为上述实施例的优选实施方式，还包括将步骤S3中形成的具有固态陶瓷的基板切割成预定尺寸的基板，同时将切割成预定尺寸的基板与LED晶片组合，所述LED晶片为应用荧光粉制作的发光LED晶片，所述LED晶片为紫光LED晶片、紫外光LED晶片或蓝光LED晶片。
如图2所示，本发明还提供一种发光装置的制备方法，包括以下步骤：S301：提供一发光元件晶片；S303：将荧光粉和液态陶瓷前趋物进行混合形成一浆料，将该浆料涂覆于步骤S301中的发光元件晶片上；S305：对步骤S303中涂覆有浆料的发光元件晶片进行热处理，以使所述发光元件晶片上的浆料进行固化。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的一种荧光基板的制备方法的流程示意图，首先将荧光粉与液态陶瓷前趋物混合均匀，以形成浆料(步骤S101)，将上述浆料涂覆于基板上(步骤S103)，而后进行热处理步骤，使该浆料固化(步骤S105)，以形成一具荧光粉的基板；根据本发明一实施例，荧光粉可为在波长范围254-660nm可发生吸收及放射波谱之荧光材料，其至少包括钇铝石榴石(YttriumAluminumGarnet)简称Y、A、G系统，鋱铝石榴石(TerbiumAluminumGarnet)简称T、A、G，矽酸盐(silicate)系统、硫化物(Sulfate)系统、氮化物(Nitrde)系统、氮氧化物(SiON)系统，或前述之组合，更明确地说，在紫外光(uv)或紫光、蓝光范围可被激发进而放出荧光之荧光粉皆可应用于本发明之实施例中。并根据需求搭配组合其使用比例；将上述荧光粉材料与液态陶瓷前趋物均匀混合。根据本发明一实施例，该液态陶瓷前趋物为一无铅无镉之水相无机组合物，材料有焦磷酸钾K4p2O7奈米级氧化铝Al2O3(20奈米)、硼酸H3BO3、水H2O。而(焦磷酸钾与硼酸，至少一种要使用30-70％)，奈米氧化铝Al2O330-70％,水为至少1倍水～10倍水，混合后之荧光粉材料与液态玻璃前物形成一浆料，利用涂覆法如网印法、转印法、喷墨法、刮刀涂覆法、旋转涂覆或其他涂覆方法，使浆料可均匀涂覆于基板上，在本发明另一实施例中，因为上述液态陶瓷前趋物在室温下即为液态，因此所形成之浆料较习知技术之荧光粉浆料硬度低，故可以利用刮刀成膜而不会造成刮刀损害，并使该基板上所涂覆之膜厚小于100um,且较佳可为25um至75um，较薄的膜厚可减少荧光粉的使用量，除避免影响到发光元件的出光外，并可籍膜厚调整光的品质。
在本发明提供的实施例1中，荧光粉及液态陶瓷前趋物所形成的浆料涂覆于陶瓷基板上，包括Al2O3、AlN或高强度耐温玻璃及蓝宝石基板，除上述基板可为可耐温至少150℃之透明有机基板：聚亚醯胺(PI)透明塑料基板聚醚醚酮(PEEK)聚对苯二甲酸乙二脂(PET)基板或聚碳酸脂(PC)基板。将浆料涂覆于基板上后，进行热处理步骤，将上述基板在150℃下加热10分钟～5小时，使浆料固化在基板成为含荧光粉之固态玻璃，由于此热处理步骤所需温度较习知技术低，故荧光粉不会因高温与基板发生反应或造成严重的热衰减，因而增加本发明之应用性。另外，相较于传统热处理须600～800℃下进行，本方法之热处理步骤可降低制程的能量消耗，且不会有陶瓷失透等的问题。之后可将具有含荧光粉固态陶瓷的基板切割成预定尺寸，例如为10mm*10mm，而后将其贴合至LED晶片上，从形成LED封装体其中所使用的LED晶片可为应用到荧光粉之LED晶片，如紫外光、紫光、或蓝光晶片等；具体为：取液态陶瓷前趋物60公克(K4P2O74％、H3BO32％、Al2O39％、水85％)组成份与40克的Y、A、G荧光粉混合均匀后以刮刀涂覆法涂覆50um到玻璃基板上，陶瓷基板的厚度范围例如是0.3～0.4mm。接着将印制后的玻璃基板放置到烘箱中，升温至150℃后并持温10分钟停止加温，于室温条件下自然冷却，待冷却后取出烧制完成具有荧光表面之陶瓷玻璃基板并切割成2900um*2900um的大小，以银胶贴合于集成四个1.225w蓝光，LED晶片的模组上(蓝光波长范围440～480nm),即可得各别产品间相互发光亮度均匀，散热良好之大功率白光LED光源。
图3为依照图1所述的流程的所制作的白光LED封装体的剖面示意图，将荧光粉200与液态陶瓷前趋物均匀混合形成浆料，将浆料涂覆于基板220上，经过热处理将浆固化形成荧光陶瓷膜210，而后冷却并将其切割成适当大小，并与蓝光LED晶片230封装组成一白光LED光源元件，由蓝光LED晶片230所发出的蓝光BL。经具荧光陶瓷膜210的基板220转化成白光WL。
实施例2
如图2所示，图2为本发明实施例2制造白光元件的流程示意图，首先提供发光元件晶片(裸晶)(步骤S301)，将荧光粉与液态玻璃前趋物混合均匀以形成浆料，涂覆于发光元件晶片上(步骤S303)，而后进行热处理步骤使该浆料固化(步骤S305)，以形成二发光元件；荧光粉与液态陶瓷前趋物秘形成之浆料系直接涂覆在发光元件上，其中发光元件可以为应用荧光粉施作发光之LED裸晶，如紫外光、紫光、蓝光LED裸晶等，而后在150℃下进行热处理步骤使浆料固化，以形成发光元件，习知使用陶瓷玻璃熔剂之热处理步骤需在600℃至800℃下进行，故无法先将含荧光粉的浆料直接涂覆于LED裸晶上后于高温下进行热处理使之固化，而需要将浆料在基板上热处理固化后，才能粘贴于LED上，但本方法将热处理步骤的温度降低至150℃，故可直接将含荧光粉的浆料涂覆于LED裸晶上；取液态陶瓷前趋物50公克，其组成物(K4P2O74％、H3BO32％、Al2O39％、水85％)与50克的矽酸盐荧光粉，在充分混合均匀后，以旋转涂覆法均匀涂覆在放光波长为460nm之蓝光LED裸晶上，接着将印制后的蓝光LED裸晶放置到烘箱中升温至150℃，待持温10分钟后停止加热，于箱温下自然冷却。待冷却后取出烧制完成具有荧光粉表面之蓝光LED裸晶并切割所需的大小，即可得到各别产品间相互发光亮度均匀，散热良好之大功率白光LED光源，虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明任何所属技术领域中具有通常知音者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可任意更动与润饰，因此本发明之保护范围当视附之申请专利范围所界定者为准。
如图4所示，按照图2的制造流程所制造的LED封装体的剖面示意图，将荧光粉400与液态陶瓷前趋物均匀混合形成浆料，将浆料涂覆于蓝光LED晶片430上，经过热处理将该浆料固化而形成荧光玻璃膜410，即封装组合成一白光LED光源元件，由蓝光LED晶片430所发的蓝光BL，经荧光陶瓷膜410转化成白光WL。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种荧光基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：将荧光粉与液态陶瓷前趋物混合以形成浆料；
S103：将上述浆料涂覆于一基板上；
S105：对上述基板进行热处理以使该基板上的所述浆料固化成为含荧光粉的固体陶瓷，所述热处理的温度为130～170℃。
2.根据权利要求1所述的荧光基板的制备方法，其特征在于，所述荧光粉的材质为波长范围为254～660nm吸收及放射波普的荧光材料，该荧光粉为钇铝石榴石、铽铝石榴石、矽酸盐系统、硫化物系统、氮化物系统以及氮氧化物系统中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的荧光基板的制备方法，其特征在于，所述液态陶瓷前趋物在25℃和1个标注大气压的状态下为液态。
4.根据权利要求1所述的荧光基板的制备方法，其特征在于，所述液态陶瓷前趋物由焦磷酸钾或硼酸与奈米级氧化铝组成，其中，所述焦磷酸钾或硼酸的质量百分比为30～70％，所述奈米级氧化铝的质量百分比为30～70％。
5.根据权利要求1所述的荧光基板的制备方法，其特征在于，所述基板为陶瓷基板、玻璃基板、有机耐温透明基板、氧化铝基板、氧化铝陶瓷基板或蓝宝石基板中的一种。
6.根据权利要求1所述的荧光基板的制备方法，其特征在于，所述将该浆料涂覆于所述基板上的方法为网印法、转印法、喷墨法、刮刀涂布法或旋转涂布法中的一种，以使所述浆料均匀涂布于该基板上。
7.根据权利要求1所述的荧光基板的制备方法，其特征在于，还包括将步骤S3中形成的具有固态陶瓷的基板切割成预定尺寸的基板，同时将切割成预定尺寸的基板与LED晶片组合，所述LED晶片为应用荧光粉制作的发光LED晶片，所述LED晶片为紫光LED晶片、紫外光LED晶片或蓝光LED晶片。
8.一种发光装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S301：提供一发光元件晶片；
S303：将荧光粉和液态陶瓷前趋物进行混合形成一浆料，将该浆料涂覆于步骤S301中的发光元件晶片上；
S305：对步骤S303中涂覆有浆料的发光元件晶片进行热处理，以使所述发光元件晶片上的浆料进行固化。
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