CN105870296A - 一种高透光led封装结构及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED封装结构，包括布置在透明基板上的导电层，与透明基板上的所述导电层电连接的LED芯片，环绕所述LED芯片的反射杯，搭载于反射杯上方的玻璃盖体，所述导电层为荧光导电材料，所述透明基板和玻璃盖体为荧光玻璃。LED封装用荧光玻璃由荧光粉和玻璃粉制成。荧光导电材料，由荧光粉和透明导电材料构成。本发明实现了双面出光，防止了荧光胶脂的老化，并且具有荧光玻璃和荧光透明导电层的荧光粉的含量可控，荧光玻璃不需二次加工的优点。
Description
技术领域
本发明涉及固态照明材料领域，具体涉及一种LED封装用无机荧光材料及其封装结构和方法。
背景技术
当前，各种类型的荧光粉广泛的应用在国民经济的各个领域，如在室内LED照明领域的铈钇铝石榴石结构的荧光粉(YAG:Ce荧光粉)和氮化物红色荧光粉等，用于背光源的绿色硅酸盐荧光粉等。
荧光粉多为无机非金属材料，且多制成具有一定粒度分布的粉体颗粒，本身不具有粘性，若需制作成特定形状或与粘附于其他材料(基材)之上，则需其他材料配合。例如，广泛的应用于白光LED照明解决方案：YAG:Ce荧光粉分散于环氧树脂(一类高分子材料)中，而后涂敷于蓝光芯片之上的组合；以此为基础，商品化的远程激发荧光粉，其组成是荧光粉与环氧树脂混合，通过注塑或其他方法制成需要的形状从而得到荧光胶脂(“荧光粉+树脂”)，例如图1中所示，LED芯片1通过倒装(也可以通过引线或者部分引线的形式)电连接于基板6上的导电层2、3(一般为金属导电层)上，碗型反射杯7设置于基板6上并环绕LED芯片，反射杯7中填充有固化的荧光胶脂4(例如红色荧光转换层)，在荧光胶脂4上设置一导光层8以提高出光效率。
上述LED封装结构具有以下缺点：1)荧光胶脂在复杂的户外(长期阳光暴晒、紫外线、酸性雨水、冰雹、鸟类粪便酸碱腐蚀)或长期较高的温度等条件下，存在容易老化等问题，这将严重的影响到采用此方案的器件使用寿命；2)由于金属导电层的存在，阻挡了朝下发射的光，即使将基板换成透明基板，也无法实现高效率的双面发光LED封装；3)上层封装可以具有荧光转换层，而下层封装则不具有，即使能够上下出光，也不能使上下出光颜色色温一致。
发明内容
基于解决上述封装中的问题，本发明提供了一种LED封装用荧光玻璃材料、荧光透明导电材料和一种使用上述材料形成的LED封装结构和形成方法。
所述LED封装用荧光玻璃，主要由荧光粉和玻璃粉制成，其中，所述荧光粉含量为30-85wt.％，玻璃粉15-70wt.％；所述荧光粉特点包括：1)光致发光；2)在小于600℃，不发生分解或成分变化；3)成分含有氧；所述玻璃粉为低熔点玻璃，烧结前为单一的非晶态物质，其特点包括：1)软化温度低于600℃；2)Pb和Cr含量为0wt.％；3)Na2O+K2O总含量小于0.05wt.％。
其中，玻璃粉优选为：Na2O-Al2O3-B2O3体系低熔点玻璃粉、V2O5-Bi2O3-TeO2体系低熔点玻璃粉、ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3体系低熔点玻璃粉或CaO-MgO-SiO2体系低熔点玻璃粉。
其中，以上成分的重量比都是相对于玻璃粉总量计，(Na2O-Al2O3-B2O3)<50wt.％，(V2O5-Bi2O3-TeO2)<50wt.％，(ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3)>30wt.％，(CaO-MgO-SiO2)>30wt.％。
荧光粉，其本质为无机非金属材料；本发明的荧光粉其特点包括：1)光致发光；2)温度低于600℃不发生分解或成分变化；3)成分中含有O。符合以上要求的荧光粉如，YAG：Ce、LuAG：Ce、氮化物基质及蓄光型荧光粉(如长余辉荧光粉)等。本发明荧光粉需具有上述特点的原因是：1)由于是用在典型的“蓝光激发”LED的基础上，故荧光粉应当是光致发光；2)荧光粉与玻璃成型后需经过最高600℃热处理，故荧光粉在低于600℃时应不发生分解或成分变化；3)采用的是荧光粉与氧化物玻璃混合进行热处理，在处理温度下，粉体表面间可能发生相互影响，主要是玻璃的成分对于荧光粉性能的影响，本发明实践表明，氧化物玻璃与非氧化物体系荧光粉在共烧结过程中，容易出现非氧化物荧光粉基质的氧化现象。
所述荧光导电材料，主要由荧光粉和透明导电材料构成，所述荧光粉含量为25-50wt.％，透明导电材料含量为75-50wt.％，所述荧光粉特点包括：1)光致发光；2)在小于500℃，不发生分解或成分变化；3)成分含有氧；所述透明导电材料为低熔点透明氧化物，烧结前为单一的非晶态物质，其特点包括：1)软化温度低于500℃；2)采用激光烧结而成；3)烧结后为多晶态。
其中，透明导电材料优选为：In2O3：Sn、Cd2SnO4、ZnGa2O4或Zn2SnO4。
所述荧光导电材料的制备方法包括以下步骤：
提供荧光粉和用于形成透明导电材料的氧化物，并进行混合研磨形成荧光粉和氧化物的混合物；
在基体上平铺所述混合物形成粉末薄层，用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火，直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成多晶的荧光透明导电材料。
所述氧化物包括以下组合：1)SnO2和In2O3；2)CdO和SnO2；3)ZnO和Ga2O3；ZnO和SnO2。
所述激光为波长为248nm的KrF激光或波长为193nm的ArF激光。
所述LED封装结构，主要包括：布置在透明基板上的导电层，与透明基板上的所述导电层电连接的LED芯片，环绕所述LED芯片的反射杯，搭载于反射杯上方的玻璃盖体，其特征在于所述导电层为荧光导电材料，所述透明基板和玻璃盖体为荧光玻璃。
所述反射杯也可以是荧光玻璃。
所述反射杯的腔内填充有保护气体。
所述LED封装结构的形成方法包括以下步骤：
提供一个透明基板，所述基板为荧光玻璃；
在所述透明基板上平铺包含荧光粉和用于形成透明导电材料的氧化物的混合物，形成粉末薄层；
用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成荧光透明导电层；
在基板上形成具有中间空腔的反射杯；
搭载LED芯片与所述空腔内，使得LED芯片与所述导电层电连接；
在所述反射杯上搭载玻璃盖体，并实现密封，所述玻璃盖体为荧光玻璃。
所述的反射杯为荧光玻璃，在所述空腔内填充保护气体。
本发明的优点如下
1)解决了采用高分子材料制成的发光树脂片(发光胶片)容易老化，在户外复杂条件的使用寿命短等问题。
2)实现了双面出光，并保证了出光的均匀性和效率。
3)采用模压法制得的荧光玻璃，表面规则平整，不需要制成后的二次加工，如切割、打磨及抛光等。
4)荧光玻璃和荧光透明导电层的荧光粉的含量可控，在封装过程中，可通过不同配比的荧光粉/玻璃、荧光粉/透明导电材料实现高显色、低色温等要求。
附图说明
图1为现有技术的LED封装结构；
图2为本发明的LED封装结构。
具体实施方式
参见图2，本发明的LED封装结构包括：布置在透明基板6上的导电层2、3，与透明基板6上的所述导电层2、3电连接的LED芯片1，环绕所述LED芯片1的反射杯7，搭载于反射杯7上方的玻璃盖体9，所述导电层2、3为荧光导电材料，所述透明基板6和玻璃盖体9为荧光玻璃。所述反射杯7也可以是荧光玻璃，所述反射杯7的腔内填充有保护气体10。
该LED封装结构的形成方法包括以下步骤：
提供一个透明基板，所述基板为荧光玻璃；
在所述透明基板上平铺包含荧光粉和用于形成透明导电材料的氧化物的混合物，形成粉末薄层；
用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成荧光透明导电层；
在基板上形成具有中间空腔的反射杯；
搭载LED芯片与所述空腔内，使得LED芯片与所述导电层电连接；
在所述反射杯上搭载玻璃盖体，并实现密封，所述玻璃盖体为荧光玻璃。
所述LED封装用荧光玻璃，主要由荧光粉和玻璃粉制成，其中，所述荧光粉含量为30-85wt.％，玻璃粉15-70wt.％；所述荧光粉特点包括：1)光致发光；2)在小于600℃，不发生分解或成分变化；3)成分含有氧；所述玻璃粉为低熔点玻璃，烧结前为单一的非晶态物质，其特点包括：1)软化温度低于600℃；2)Pb和Cr含量为0wt.％；3)Na2O+K2O总含量小于0.05wt.％。
其中，玻璃粉优选为：Na2O-Al2O3-B2O3体系低熔点玻璃粉、V2O5-Bi2O3-TeO2体系低熔点玻璃粉、ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3体系低熔点玻璃粉或CaO-MgO-SiO2体系低熔点玻璃粉。
其中，以上成分的重量比都是相对于玻璃粉总量计，(Na2O-Al2O3-B2O3)<50wt.％，(V2O5-Bi2O3-TeO2)<50wt.％，(ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3)>30wt.％，(CaO-MgO-SiO2)>30wt.％。
荧光粉，其本质为无机非金属材料；本发明的荧光粉其特点包括：1)光致发光；2)温度低于600℃不发生分解或成分变化；3)成分中含有O。符合以上要求的荧光粉如，YAG：Ce、LuAG：Ce、氮化物基质及蓄光型荧光粉(如长余辉荧光粉)等。本发明荧光粉需具有上述特点的原因是：1)由于是用在典型的“蓝光激发”LED的基础上，故荧光粉应当是光致发光；2)荧光粉与玻璃成型后需经过最高600℃热处理，故荧光粉在低于600℃时应不发生分解或成分变化；3)采用的是荧光粉与氧化物玻璃混合进行热处理，在处理温度下，粉体表面间可能发生相互影响，主要是玻璃的成分对于荧光粉性能的影响，本发明实践表明，氧化物玻璃与非氧化物体系荧光粉在共烧结过程中，容易出现非氧化物荧光粉基质的氧化现象。
所述荧光导电材料，主要由荧光粉和透明导电材料构成，所述荧光粉含量为25-50wt.％，透明导电材料含量为75-50wt.％，所述荧光粉特点包括：1)光致发光；2)在小于400℃，不发生分解或成分变化；3)成分含有氧；所述透明导电材料为低熔点透明氧化物，烧结前为单一的非晶态物质，其特点包括：1)软化温度低于400℃；2)采用激光烧结而成；3)烧结后为多晶态。
其中，透明导电材料优选为：In2O3：Sn、Cd2SnO4、ZnGa2O4或Zn2SnO4。
所述荧光导电材料的制备方法包括以下步骤：
提供荧光粉和用于形成透明导电材料的氧化物，并进行混合研磨形成荧光粉和氧化物的混合物；
在基体上平铺所述混合物形成粉末薄层，用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火，直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成多晶的荧光透明导电材料。
所述氧化物包括以下组合：1)SnO2和In2O3；2)CdO和SnO2；3)ZnO和Ga2O3；ZnO和SnO2。
所述激光为波长为248nm的KrF激光或波长为193nm的ArF激光。
实施例一
相对于玻璃粉总量计，包含(V2O5-Bi2O3-TeO2)为25wt.％的玻璃粉与荧光粉混合研磨，其中荧光粉含量为30wt.％，玻璃粉70wt.％，然后放置于模具中压成预定形状(例如凸面、平板、凹面等)，并在马弗炉中加热至500-600℃，保温60min，形成透明基板6或玻璃盖体9。
实施例二
相对于玻璃粉总量计，包含(ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3)为50wt.％的玻璃粉与荧光粉混合研磨，其中荧光粉含量为85wt.％，玻璃粉15wt.％，然后放置于模具中压成预定形状(例如凸面、平板、凹面等)，并在马弗炉中加热至550℃，保温60min，形成透明基板6或玻璃盖体9。
实施例三
根据Cd2SnO4的化学配比，提供合适重量的红色荧光粉(具体的荧光粉)荧光粉和CdO、SnO2，并进行混合研磨形成荧光粉和CdO、SnO2的混合物；在一基板或者载具上平铺所述混合物形成粉末薄层，用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火，直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成多晶的荧光透明导电材料。所述激光为波长为248nm的KrF激光。
实施例四
根据Zn2SnO4的化学配比，提供合适重量的红色荧光粉(Y2.85Si5N9O:0.15Ce)和ZnO、SnO2，并进行混合研磨形成荧光粉和ZnO、SnO2的混合物；在一基板或者载具上平铺所述混合物形成粉末薄层，用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火(温度为400℃)，直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成多晶的荧光透明导电材料。所述激光为波长为193nm的ArF激光。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (13)
1.一种LED封装结构，包括：布置在透明基板上的导电层，与透明基板上的所述导电层电连接的LED芯片，环绕所述LED芯片的反射杯，搭载于反射杯上方的玻璃盖体，其特征在于：所述导电层为荧光导电材料，所述透明基板和玻璃盖体为荧光玻璃。
2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：所述反射杯也可以是荧光玻璃。
3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：所述反射杯的腔内填充有保护气体。
4.一种LED封装结构的形成方法，包括以下步骤：
提供一个透明基板，所述基板为荧光玻璃；
在所述透明基板上平铺包含荧光粉和用于形成透明导电材料的氧化物的混合物，形成粉末薄层；
用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成荧光透明导电层；
在基板上形成具有中间空腔的反射杯；
搭载LED芯片与所述空腔内，使得LED芯片与所述导电层电连接；
在所述反射杯上搭载玻璃盖体，并实现密封，所述玻璃盖体为荧光玻璃。
5.根据权利要求4所述的LED封装结构的形成方法，其特征在于：所述的反射杯为荧光玻璃，在所述空腔内填充保护气体。
6.一种LED封装用荧光玻璃，由荧光粉和玻璃粉制成，其中，所述荧光粉含量为30-85wt.％，玻璃粉15-70wt.％；所述荧光粉特点包括：1)光致发光；2)在小于600℃，不发生分解或成分变化；3)成分含有氧；所述玻璃粉为低熔点玻璃，烧结前为单一的非晶态物质，其特点包括：1)软化温度低于600℃；2)Pb和Cr含量为0wt.％；3)Na2O+K2O总含量小于0.05wt.％。
7.根据权利要求6所述的LED封装用荧光玻璃，其特征在于：玻璃粉优选为Na2O-Al2O3-B2O3体系低熔点玻璃粉、V2O5-Bi2O3-TeO2体系低熔点玻璃粉、ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3体系低熔点玻璃粉或CaO-MgO-SiO2体系低熔点玻璃粉。
8.根据权利要求7所述的LED封装用荧光玻璃，其特征在于：相对于玻璃粉总量计，(Na2O-Al2O3-B2O3)<50wt.％，(V2O5-Bi2O3-TeO2)<50wt.％，(ZnO-Bi2O3-Ba2O3-Al2O3)>30wt.％，(CaO-MgO-SiO2)>30wt.％。
9.一种荧光导电材料，由荧光粉和透明导电材料构成，所述荧光粉含量为25-50wt.％，透明导电材料含量为75-50wt.％，所述荧光粉特点包括：1)光致发光；2)在小于500℃，不发生分解或成分变化；3)成分含有氧；所述透明导电材料为低熔点透明氧化物，烧结前为单一的非晶态物质，其特点包括：1)软化温度低于500℃；2)采用激光烧结而成；3)烧结后为多晶态。
10.根据权利要求9所述的荧光导电材料，其特征在于：透明导电材料优选为In2O3：Sn、Cd2SnO4、ZnGa2O4或Zn2SnO4。
11.一种荧光导电材料的制备方法，包括以下步骤：
提供荧光粉和用于形成透明导电材料的氧化物，并进行混合研磨形成荧光粉和氧化物的混合物；
在基体上平铺所述混合物形成粉末薄层，用激光对所述粉末薄层进行逐行局部退火，直到使所述粉末薄层全部结晶，以形成多晶的荧光透明导电材料。
12.根据权利要求11所述的荧光导电材料的制备方法，其特征在于：所述氧化物包括以下组合：1)SnO2和In2O3；2)CdO和SnO2；3)ZnO和Ga2O3；ZnO和SnO2。
13.根据权利要求11所述的荧光导电材料的制备方法，其特征在于：所述激光为波长为248nm的KrF激光或波长为193nm的ArF激光。
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