CN108735882A - 发光二极管装置及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管装置包含基板、发光单元、引线单元，及封装单元，所述发光单元设置于所述基板的表面，所述引线单元电连接于所述基板与所述发光单元间，所述封装单元是用快闪式热蒸镀的方式镀覆于所述发光单元与所述引线单元，所述封装单元包括高折射玻璃与荧光材。由于所述封装单元是由荧光材混入高折射玻璃而形成的，不会有使用有机胶材时所产生的材质劣化或是泛黄等问题，因此安定性较佳，除此之外，无机的高折射玻璃的折射率相较于有机胶材来说较高，除了可提升光取效率外，不会因光无法导出而局限于所述封装单元内部，或被构装材料吸收导致效能与寿命降低。

Description

发光二极管装置及其封装方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别是涉及一种发光二极管装置。
背景技术
发光二极管(以下简称为LED)的节能与环保的特性，被认为将会是取代白炽灯与荧光灯的光源，目前欲利用LED来制作白色光源的话，通常是利用光色的组合来达成，而在各种光色组合的技术中，以荧光材料结合有机胶材来进行LED的封装为最便捷且最省成本的方法，而随着LED产业的发展，目前更注重的是能兼具高效率与安定性的高功率白光LED。
然而，以荧光材料结合有机胶材的封装方式已无法满足目前的发展需求，有机胶材虽有质轻、透光性佳、成本低及低温成形容易等优点，但应用于高功率或短波长的LED时，有机胶材容易劣化导致脆裂，或是容易因泛黄变色，影响光的穿透率且光取效率(lightextraction efficiency)也差，以安定性及使用寿命来说都不佳，此外，由于光从高折射率材料进入低折射率材料时，介面容易发生全反射现象，使光无法被有效导出，如图1所示，为工研院电光所所做的封装材折射率对光取效率的曲线图，当晶片折射率为2.5时，封装材的折射率越接近2的光取效率最好，然而，一般有机胶材的折射率约为1.4-1.53，因此光取效率并不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高安定性、光取效率佳且寿命长的白光发光二极管。
本发明的发光二极管装置包含基板、发光单元、引线单元，及封装单元。
所述发光单元设置于所述基板的表面。
所述引线单元电连接于所述基板与所述发光单元间。
所述封装单元是用快闪式热蒸镀(flash hot plate)的方式镀覆于所述发光单元与所述引线单元，其特征在于：所述封装单元包括高折射玻璃与荧光材，所述高折射玻璃的第一材料可选自由As2O3、B2O3、Bi2O3、V2O5及Sb2O3其中一种及组合所组成的群体，高折射玻璃的第二材料可选自由SiO2、Bi2O3、BaO、PbO、GeO2、ZnO、SiC、AlN、Si3N4、BN、BaO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Gd2O3及Nd2O3其中一种及组合所组成的群体。
本发明的发光二极管装置，所述封装单元的厚度介于50-500μm。
本发明的发光二极管装置，所述封装单元的高折射玻璃材料的折射率介于1.9-2.2。
本发明的发光二极管装置，所述发光单元为蓝光发光二极管晶粒。
本发明的发光二极管装置，所述发光单元为紫光发光二极管晶粒。
本发明的发光二极管装置，所述基板为透明的高折射玻璃。
本发明的发光二极管装置，所述荧光材包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉，及红色荧光粉，所述荧光材可选自由铝酸盐系荧光材料(Aluminate)、硅酸盐系荧光材料(Silicate)、氮化物系荧光材料(Nitride)，及氮氧化硅荧光材料(Oxynitride)其中一种及组合所组成的群体。
本发明的另一目的，即再提供一种制备上述发光二极管装置的封装方法。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，所述发光二极管装置包含基板、设置于所述基板的表面的发光单元，及电连接于所述基板与所述发光单元间的引线单元，所述封装方法包含以下步骤：
(A)准备高折射玻璃粉、荧光材与有机粘剂，将高折射玻璃粉、荧光材与有机粘剂加水形成混合物，其中，高折射玻璃粉的体积须大于荧光材的体积。
(B)将混合物烘干并通过筛网，接着将过筛后后的混合物粉体压成锭后后，以冲压的方式形成数多个靶材。
(C)利用该等所述靶材以快闪式热蒸镀的方式镀在该所述发光单元与该所述引线单元上，形成封装单元。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，步骤(A)中的高折射玻璃粉与荧光材的体积百分比分别为60％-95％与5％-40％。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，快闪式热蒸镀的温度在1000℃以下。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，所述封装单元的厚度介于50-500μm。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，所述封装单元的折射率介于1.9-2.2。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，所述高折射玻璃粉的第一材料可选自由As2O3、B2O3、Bi2O3、V2O5及Sb2O3其中一种及组合所组成的群体，高折射玻璃粉的第二材料可选自由SiO2、Bi2O3、BaO、PbO、GeO2、ZnO、SiC、AlN、Si3N4、BN、BaO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Gd2O3及Nd2O3其中一种及组合所组成的群体。
本发明的制备发光二极管装置的封装方法，所述荧光材包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉，及红色荧光粉，所述荧光材可选自由铝酸盐系荧光材料(Aluminate)、硅酸盐系荧光材料(Silicate)、氮化物系荧光材料(Nitride)，及氮氧化硅荧光材料(Oxynitride)其中一种及组合所组成的群体。
本发明的有益效果在于：由于所述封装单元是由荧光材混入高折射玻璃而形成的，不会有使用有机胶材时所产生的材质劣化或是泛黄等问题，因此安定性较佳，除此之外，无机的高折射玻璃的折射率相较于有机胶材来说较高，使自晶片发出的光较容易被导出所述封装单元，不易产生全反射，除了可提升光取效率外，不会因光无法导出而局限于所述封装单元内部，或被构装材料吸收导致效能与寿命降低。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是曲线图，说明先前技术中LED的封装材折射率对光取效率的影响；
图2是立体图，说明本发明发光二极管装置的一个实施例；及
图3是流程图，说明发光二极管装置的封装方法。
具体实施方式
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
如图2所示，本发明发光二极管装置的一个实施例，包含一个基板1、一个发光单元2、一个引线单元3，及一个封装单元4。
所述基板1为易导热的透明的高折射玻璃，且所述高折射玻璃内部混入荧光材，荧光材混入的重量比例约为5-40％。高折射玻璃的第一材料可选自由As2O3、B2O3、Bi2O3、V2O5及Sb2O3其中一种及组合所组成的群体，高折射玻璃的第二材料可选自由SiO2、Bi2O3、BaO、PbO、GeO2、ZnO、SiC、AlN、Si3N4、BN、BaO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Gd2O3及Nd2O3其中一种及组合所组成的群体。在本实施例中，所述高折射玻璃的成分是由重量比例7％的SiO2、25％的B2O3及68％的PbO所组成。
所述发光单元2设置于所述基板1的表面，所述发光单元2为一个长宽高为0.5Ⅹ0.5Ⅹ0.1mm且发出430至465nm的发光二极管晶粒21，所述发光二极管晶粒可为蓝光发光二极管晶粒或是紫光发光二极管晶粒，所述发光二极管晶粒21的材料可选自由GaN、AlGaInP、AsGa、InGaN所组成的群体。
所述引线单元3电连接于所述基板1与所述发光单元2间，所述引线单元3是以印刷的方式形成的，所述引线单元3的材质可为银胶及锡膏其中一种。
所述封装单元4是用快闪式热蒸镀的方式镀覆于所述发光单元2与所述引线单元3，所述封装单元4的厚度介于50-500μm，所述封装单元4包括高折射玻璃与荧光材。高折射玻璃的材料与前述的所述基板1的高折射玻璃的材料相同，荧光材包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉，及红色荧光粉，所述荧光材可选自由铝酸盐系荧光材料(Aluminate)、硅酸盐系荧光材料(Silicate)、氮化物系荧光材料(Nitride)，及氮氧化硅荧光材料(Oxynitride)其中一种及组合所组成的群体，本发明所使用的荧光材是由重量比例50-60％于蓝光激发下发射峰值介于470-490nm的蓝光荧光粉、20-30％于蓝光激发下发射峰值介于520-540nm的绿色荧光粉及10～20％于蓝光激发下发射峰值介于600-650nm的红色荧光粉所组成，在本实施例中，蓝色荧光粉的重量比例为56％，绿色荧光粉的重量比例为28％，红色荧光粉的重量比例为16％。所述封装单元4的折射率介于1.9-2.2，在本实施例中，所述封装单元4的折射率约为1.99。
如图3所示，本发明一种制备发光二极管装置的封装方法，配合参阅图2，所述发光二极管装置包含一个基板1、设置于所述基板1的表面的一个发光单元2，及电连接于所述基板1与所述发光单元2间的一个引线单元3，其中，所述基板1为透明的高折射玻璃，高折射玻璃是由重量比例7％的SiO2、25％的B2O3及68％的PbO混合后，于900℃下持温两小时所制得，所述引线单元3以印刷的方式形成，所述制备发光二极管装置的封装方法包含以下步骤：
步骤100：准备高折射玻璃粉、荧光材与有机粘剂，将高折射玻璃粉、荧光材与有机粘剂加水形成混合物，其中，高折射玻璃粉的体积须大于荧光材的体积，高折射玻璃粉是以同上述所述基板1的高折射玻璃的制法制得后，冷却后再粉碎成粉末，荧光材是由重量比例50-60％于蓝光激发下发射峰值介于470-490nm的蓝光荧光粉、20-30％于蓝光激发下发射峰值介于520-540nm的绿色荧光粉及10～20％于蓝光激发下发射峰值介于600-650nm的红色荧光粉所组成，有机粘剂包含羧甲基纤维素及乙基纤维素。在本实施例中，高折射玻璃粉的体积百分比为60％-95％，荧光材的体积百分比为5％-40％。
步骤200：将混合物烘干并通过筛网，接着将过筛后的混合物粉体压成锭后，以冲压的方式形成多个颗靶材。
步骤300：利用所述靶材以快闪式热蒸镀的方式，用高温将所述靶材瞬间蒸发，并于所述发光单元2与所述引线单元3上，镀覆形成一个厚度介于50-500μm的封装单元4，进行快闪式热蒸镀的温度低于1000℃，在本实施例中，进行快闪式热蒸镀的温度约为700℃。
经由上述方法所制得的本发明发光二极管装置具有以下的优点：
1.本发明的封装单元4是使用高折射玻璃混合荧光材，相较于现有使用有机胶材混合荧光粉做为封装材料的封装方式，本发明的所述封装单元4不会泛黄变色，且也不会因劣化而脆裂，使用寿命较长，此外，所述封装单元4的耐温也较好，能于严寒的地区使用。
2.本发明的封装单元4使用三种荧光粉分别依上述的比例混合后，能使本发明的显色指数达到98，接近于自然的太阳光的显色效果。
3.本发明的封装单元4的折射率约为1.99，非常接近2，相较于现有的封装材折射率仅约为1.5来说，本发明的封装方式可达到更高的光取效率，亮度能达到接近300lm/w，同时也减少了所述发光元件的光无法被导出而产生的积热。
4.本发明是利用快闪式蒸镀法形成所述封装单元4，不仅成型速度快，并可将所述封装单元4的厚度控制于仅有50-500μm，且所述封装单元4的厚度更加均匀，所述封装单元4的厚度较薄能使光更易被导出，也更容易散热，除此外，利用快闪式蒸镀法形成所述封装单元4的成本也较低。
综上所述，本发明发光二极管装置使用寿命较长，耐温较好、显色指数高、光更易被导出使亮度更高、较易散热且成本较低，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，但不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (14)

1.一种发光二极管装置，包含：
基板；
发光单元，设置于所述基板的表面；
引线单元，电连接于所述基板与所述发光单元间；及
封装单元，用快闪式热蒸镀的方式镀覆于所述发光单元与所述引线单元，其特征在于：
所述封装单元包括高折射玻璃与荧光材，所述高折射玻璃的第一材料可选自由As2O3、B2O3、Bi2O3、V2O5及Sb2O3其中一种及组合所组成的群体，高折射玻璃的第二材料可选自由SiO2、Bi2O3、BaO、PbO、GeO2、ZnO、SiC、AlN、Si3N4、BN、BaO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Gd2O3及Nd2O3其中一种及组合所组成的群体。
2.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：所述封装单元的厚度介于50-500μm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：所述封装单元的高折射玻璃材料的折射率介于1.9-2.2。
4.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：所述发光单元为蓝光发光二极管晶粒。
5.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：所述发光单元为紫光发光二极管晶粒。
6.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：所述基板为透明的高折射玻璃。
7.根据权利要求1所述的发光二极管装置，其特征在于：所述荧光材包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉，及红色荧光粉，所述荧光材可选自由铝酸盐系荧光材料(Aluminate)、硅酸盐系荧光材料(Silicate)、氮化物系荧光材料(Nitride)，及氮氧化硅荧光材料(Oxynitride)其中一种及组合所组成的群体。
8.一种制备发光二极管装置的封装方法，所述发光二极管装置包含基板、设置于所述基板的表面的发光单元，及电连接于所述基板与所述发光单元间的引线单元，其特征在于：所述封装方法包含以下步骤：
(A)准备高折射玻璃粉、荧光材与有机粘剂，将高折射玻璃粉、荧光材与有机粘剂加水形成混合物，其中，高折射玻璃粉的体积须大于荧光材的体积；
(B)将混合物烘干并通过筛网，接着将过筛后的混合物粉体压成锭后，以冲压的方式形成多个靶材；及
(C)利用所述靶材以快闪式热蒸镀的方式镀在所述发光单元与所述引线单元上，形成封装单元。
9.根据权利要求8所述的制备发光二极管装置的封装方法，其特征在于：步骤(A)中的高折射玻璃粉与荧光材的体积百分比分别为60％-95％与5％-40％。
10.根据权利要求8所述的制备发光二极管装置的封装方法，其特征在于：快闪式热蒸镀的温度在1000℃以下。
11.根据权利要求8所述的制备发光二极管装置的封装方法，其特征在于：所述封装单元的厚度介于50-500μm。
12.根据权利要求8所述的制备发光二极管装置的封装方法，其特征在于：所述封装单元的折射率介于1.9-2.2。
13.根据权利要求8所述的制备发光二极管装置的封装方法，其特征在于：所述高折射玻璃粉的第一材料可选自由As2O3、B2O3、Bi2O3、V2O5及Sb2O3其中一种及组合所组成的群体，高折射玻璃粉的第二材料可选自由SiO2、Bi2O3、BaO、PbO、GeO2、ZnO、SiC、AlN、Si3N4、BN、BaO2、Y2O3、La2O3、CeO2、Gd2O3及Nd2O3其中一种及组合所组成的群体。
14.根据权利要求8所述的制备发光二极管装置的封装方法，其特征在于：所述荧光材包括蓝色荧光粉、绿色荧光粉，及红色荧光粉，所述荧光材可选自由铝酸盐系荧光材料(Aluminate)、硅酸盐系荧光材料(Silicate)、氮化物系荧光材料(Nitride)，及氮氧化硅荧光材料(Oxynitride)其中一种及组合所组成的群体。
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