CN109841720A - 一种白光led制备方法及白光led器件 - Google Patents

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王昊
彭洋
梁仁瓅
牟运
许琳琳
戴江南
陈长清
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Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
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Abstract

本发明提供一种白光LED器件制备方法,步骤为：化学机械抛光得到蓝宝石片，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜制备、刻蚀、裂片，得到上表面具备蛾眼微结构阵列的蓝宝石片；制备荧光粉层，并在空气炉中烧结，得到具备蛾眼微结构阵列荧光玻璃；在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶；将具备蛾眼微结构阵列的荧光玻璃设置于硅胶上方；固化得到白光LED器件。本发明还提供了使用该方法制备的白光LED器件。相较于现有技术，本申请的白光LED器件制备方法工艺简单，适用于工业化生产，白光LED器件克服材料紫外照射下有机聚合物变黄的问题，提高白光LED的光提取效率。

Description

一种白光LED制备方法及白光LED器件
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，更具体地，涉及一种白光LED制备方法及白光LED器件。
背景技术
近年来，固态照明光源发光二极管(LED)由于其使用寿命长、高效、节能、绿色环保无污染等优点，受到世界各国的广泛关注。目前，主要的白光LED实现方式是将LED芯片 与荧光粉组合，利用LED芯片激发荧光粉混合形成白光。具体方式有两种:一是用蓝光LED 激发发射黄光的荧光粉，二是用近紫外LED激发红、绿、蓝三种荧光粉。由于紫外激发的 白光LED可实现宽发射光谱，且发射的可见光光谱仅由荧光粉转换光谱构成，使该种白光 LED制备形式具有显色指数高、光色稳定和驱动电路简单等优点。
常用的白光LED制备方法是将荧光粉颗粒与有机聚合物混合，再将此混合物涂覆在LED 封装体上。然而，值得注意的是有机聚合物的光和热稳定性差，且易吸收紫外光，在长期 热辐射和紫外照射下容易发生老化变黄现象，从而导致白光LED光效降低、光色偏移以及 可靠性下降。为了克服有机聚合物的上述缺点，荧光玻璃被用以代替荧光粉胶。而荧光玻 璃中空气与玻璃界面折射率差异大，导致界面处全反射效果增强，不利于LED的出光。
故需要一种能克服材料紫外照射下有机聚合物变黄的问题，并能提高LED的光提取 效率的白光LED制备方法及器件。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种白光LED器件制备方法,其特征在于，步 骤为：
(1)化学机械抛光得到蓝宝石片，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜制备、刻蚀、裂片，得到上表面具备蛾眼微结构阵列的蓝宝石片；
(2)将红色荧光粉、绿色荧光粉、玻璃粉和有机溶剂混合搅拌，得到荧光混合液；
(3)将步骤(2)所得的荧光混合液使用丝网印刷的方法，在步骤(1)所得的蓝宝 石片下表面制备荧光粉层，并在空气炉中烧结，得到具备蛾眼微结构阵列荧光玻璃；
(4)将紫外LED芯片共晶在3.2㎜*3.2㎜AlN陶瓷基板中部；
(5)在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶；
(6)将步骤(3)所得的具备蛾眼微结构阵列荧光玻璃设置于硅胶上方；
(7)并在真空、120℃条件下，固化50分钟，得到白光LED器件。
所述的蓝宝石片厚度为200μm。
所述红色荧光粉为CaAlSN3:Eu2+，绿色荧光粉为Ba2MgSi2O7:Eu2+。
所述红色荧光粉、绿色荧光粉和玻璃粉投料质量比为1：2：7。
所述荧光粉层厚度为20-107μm。
所述空气炉温度设置为600℃，所述烧结时间为30分钟。
本发明还提供一种白光LED器件，包括AlN陶瓷基板、紫外LED芯片、硅胶、荧光粉层和蓝宝石片，所述紫外LED芯片位于所述AlN陶瓷基板中部，所述陶瓷基板和所述紫外LED芯片上表面依次设置硅胶、荧光粉层和蓝宝石片，其特征在于，所述蓝宝石片上表面 具有蛾眼微结构阵列凸起。
所述蛾眼微结构阵列凸起的高度为1.5-2μm，底面直径为1-2μm，阵列周期为3μm。
优选的，所述蛾眼微结构阵列凸起的高度为1.8μm，底面直径为1.465μm，阵列周期为3μm。
所述荧光粉层包含红色荧光粉、绿色荧光粉和玻璃粉。
本发明将荧光粉与玻璃粉混合，制备具有蛾眼微结构阵列的荧光玻璃，替代了传统的 荧光粉胶，克服了荧光粉胶中有机聚合物的光、热稳定性差，且易吸收紫外光，在长期热 辐射和紫外照射下容易发生老化变黄现象，从而影响LED出光效果，导致LED光效降低、光色偏移以及可靠性下降。且荧光玻璃上方的蓝宝石片具有蛾眼微结构阵列降低了界面处全发射效果，利于LED器件出光。
相较于现有技术，本申请的白光LED器件制备方法工艺简单，适用于工业化生产，白 光LED器件克服材料紫外照射下有机聚合物变黄的问题，提高LED的光提取效率。
附图说明
图1为白光LED器件的制备步骤流程图；
图2为白光LED器件的构造图，其中1为紫外LED芯片，2为硅胶层，3为荧光粉层，4蓝宝石片，5为蓝宝石片上表面的蛾眼微结构阵列。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的实施例。
实施例1
将蓝宝石片进行化学机械抛光，使其厚度为200μm，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜 制备、刻蚀、裂片，得到上表面具有蛾眼微结构阵列5的蓝宝石片4。
将红色荧光粉CaAlSN3:Eu2+、绿色荧光粉Ba2MgSi2O7:Eu2+和玻璃粉按照1：2：7的比例 进行混合，随后倒入有机溶剂搅拌均匀。
使用丝网印刷的方法在蓝宝石片下表面制备荧光粉层3，并在空气炉中600℃的条件 下烧结30分钟，得到具有蛾眼微结构阵列的荧光玻璃。
将出光波长为395nm的紫外LED芯片1共晶在3.2㎜*3.2㎜AlN陶瓷基板中部，在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶2，将厚度为20μm的荧光玻璃置于硅胶上方，并在真空、120℃条件下，固化50分钟，得到白光LED器件，如图2。
实施例2
将蓝宝石片进行化学机械抛光，使其厚度为200μm，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜 制备、刻蚀、裂片，得到上表面具有蛾眼微结构阵列的蓝宝石片。
将红色荧光粉CaAlSN3:Eu2+、绿色荧光粉Ba2MgSi2O7:Eu2+和玻璃粉按照1：2：7的比例 进行混合，随后倒入有机溶剂搅拌均匀。
使用丝网印刷的方法在蓝宝石片下表面制备荧光粉层，并在空气炉中600℃的条件下 烧结30分钟，得到具有蛾眼微结构阵列的荧光玻璃。
将出光波长为395nm的紫外LED芯片共晶在3.2㎜*3.2㎜AlN陶瓷基板中部，在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶，将厚度为48μm的荧光玻璃置于硅胶上方，并在真空、120℃ 条件下，固化50分钟，得到白光LED器件。
实施例3
将蓝宝石片进行化学机械抛光，使其厚度为200μm，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜 制备、刻蚀、裂片，得到上表面具有蛾眼微结构阵列的蓝宝石片。
将红色荧光粉CaAlSN3:Eu2+、绿色荧光粉Ba2MgSi2O7:Eu2+和玻璃粉按照1：2：7的比例 进行混合，随后倒入有机溶剂搅拌均匀。
使用丝网印刷的方法在蓝宝石片下表面制备荧光粉层，并在空气炉中600℃的条件下 烧结30分钟，得到具有蛾眼微结构阵列的荧光玻璃。
将出光波长为395nm的紫外LED芯片共晶在3.2㎜*3.2㎜AlN陶瓷基板中部，在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶，将厚度为84μm的荧光玻璃置于硅胶上方，并在真空、120℃ 条件下，固化50分钟，得到白光LED器件。
实施例4
将蓝宝石片进行化学机械抛光，使其厚度为200μm，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜 制备、刻蚀、裂片，得到上表面具有蛾眼微结构阵列的蓝宝石片。
将红色荧光粉CaAlSN3:Eu2+、绿色荧光粉Ba2MgSi2O7:Eu2+和玻璃粉按照1：2：7的比例 进行混合，随后倒入有机溶剂搅拌均匀。
使用丝网印刷的方法在蓝宝石片下表面制备荧光粉层，并在空气炉中600℃的条件下 烧结30分钟，得到具有蛾眼微结构阵列的荧光玻璃。
将出光波长为395nm的紫外LED芯片共晶在3.2㎜*3.2㎜AlN陶瓷基板中部，在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶，将厚度为107μm的荧光玻璃置于硅胶上方，并在真空、120℃ 条件下，固化50分钟，得到白光LED器件。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来 说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白光LED器件制备方法,其特征在于，步骤为：
(1)化学机械抛光得到蓝宝石片，使用激光切割蓝宝石表面，掩膜制备、刻蚀、裂片，得到上表面具备蛾眼微结构阵列的蓝宝石片；
(2)将红色荧光粉、绿色荧光粉、玻璃粉和有机溶剂混合搅拌，得到荧光混合液；
(3)将步骤(2)所得的荧光混合液使用丝网印刷的方法，在步骤(1)所得的蓝宝石片下表面制备荧光粉层，并在空气炉中烧结，得到具备蛾眼微结构阵列荧光玻璃；
(4)将紫外LED芯片共晶在3.2㎜*3.2㎜AlN陶瓷基板中部；
(5)在芯片和陶瓷基板上方涂覆硅胶；
(6)将步骤(3)所得的具备蛾眼微结构阵列荧光玻璃设置于硅胶上方；
(7)并在真空、120℃条件下，固化50分钟，得到白光LED器件。
2.根据权利要求1所述的白光LED器件制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的蓝宝石片厚度为200μm。
3.根据权利要求1所述的白光LED器件制备方法，其特征在于，步骤(2)所述红色荧光粉为CaAlSN3:Eu2+，绿色荧光粉为Ba2MgSi2O7:Eu2+。
4.根据权利要求1所述白光LED器件制备方法，其特征在于，步骤(2)所述红色荧光粉、绿色荧光粉和玻璃粉投料质量比为1：2：7。
5.根据权利要求1所述的白光LED器件制备方法，其特征在于，步骤(3)所述荧光粉层厚度为20-107μm。
6.根据权利要求1所述的白光LED器件制备方法，其特征在于，步骤(3)所述空气炉温度设置为600℃，所述烧结时间为30分钟。
7.一种白光LED器件，其特征在于，包括AlN陶瓷基板、紫外LED芯片、硅胶、荧光粉层和蓝宝石片，所述紫外LED芯片位于所述AlN陶瓷基板中部，所述陶瓷基板和所述紫外LED芯片上表面依次设置硅胶、荧光粉层和蓝宝石片，所述蓝宝石片上表面具有蛾眼微结构阵列凸起。
8.根据权利要求7所述的白光LED器件，其特征在于，所述蛾眼微结构阵列凸起的高度为1.5-2μm，底面直径为1-2μm，阵列周期为3μm。
9.根据权利要求8所述的白光LED器件，其特征在于，所述蛾眼微结构阵列凸起的高度为1.8μm，底面直径为1.465μm，阵列周期为3μm。
10.根据权利要求7所述的白光LED器件，其特征在于，所述荧光粉层包含红色荧光粉、绿色荧光粉和玻璃粉。
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