CN112563382A - 白光发光二极管结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种白光发光二极管结构及其制造方法，白光发光二极管结构包含一基座，具有一容置槽与一开口；一发光二极管晶片，设置于容置槽底部；一封装胶体，填充于该容置槽并包覆该发光二极管晶片；一荧光玻璃，盖设于基座的开口；其中封装胶体包含第一荧光粉材料与硅胶材料，且荧光玻璃是将玻璃粉与第二荧光粉材料混合，经低温烧结所获得；本发明的白光发光二极管结构在可见光波段具有连续且平坦的光谱。
Description
技术领域
本发明是关于一种白光发光二极管结构及其制造方法，在可见光波段具有连续且平坦的光谱。
背景技术
发光二极管(Light-emitting diode，简称LED)是一种能发光的半导体电子元件，能将电能转化成光能；目前制作白光发光二极管的方法包含利用蓝光发光二极管晶粒激发包含黄色荧光材料的封装胶或荧光玻璃，黄色荧光材料被蓝光激发后会发出黄光，黄光再与未被吸收的蓝光混合并互补形成白光，例如中国台湾地区专利第TW I396303(B)号发明专利，为具荧光粉的基板与白光LED光源元件的制造方法，具荧光粉的基板的制造方法包括将荧光粉与助熔剂均匀混合并覆烧以形成一半熔状的玻璃体，将玻璃体研磨成荧光粉体并涂布于一基板上，以及加热荧光粉体使其成为荧光膜，荧光膜受到蓝光LED晶粒的激发后，便会发出白色光；但此方法所产生的白光色温偏高，且因发光的红光光谱较弱以至于演色性较差，平均演色性指数(color rendering index，CRI)较低。
又，另一种制作白光发光二极管的方法，是将多色的荧光粉添加于发光二极管的封装胶中，例如在透明封装胶内混合一定比例的蓝色荧光粉、绿色荧光粉或红色荧光粉，且经由蓝光发光二极管晶粒激发之后，以产生白光；例如中国专利第 CN109659420(A)号专利公开案为一种高显色、宽光谱的白光LED光源，揭露在硅胶内混合蓝绿荧光粉、多种不同波峰的绿荧光粉以及红荧光粉，以获得一LED荧光胶；但是此种白光发光二极管，发光效率较不足，且封装胶或是荧光胶具有易老化的缺失。
发明内容
今，发明人有鉴于现有白光发光二极管仍有不足之处，于是乃一本孜孜不倦的精神，并通过其丰富专业知识及多年的实务经验所辅佐，而加以改善，并据此研创出本发明。
本发明是关于一种白光发光二极管结构及其制造方法，白光发光二极管结构发出的白光在可见光波段具有连续且平坦的光谱。
本发明的白光发光二极管结构包含一基座，一第一电极与一第二电极，一发光二极管晶片，一封装胶体以及一荧光玻璃；基座包含一容置槽与一开口；第一电极与第二电极设置于容置槽中，发光二极管晶片放置于容置槽中，并电连接于第一电极与第二电极；封装胶体填充于容置槽中，并包覆发光二极管晶片，封装胶体包含一第一荧光粉材料以及硅胶材料；以及荧光玻璃盖设于容置槽的开口，且荧光玻璃是将一玻璃粉与一第二荧光粉材料经由一低温烧结步骤所制得。
本发明白光发光二极管结构的制造方法包含：步骤一，将一发光二极管晶片固定于一基座的一容置槽底部，并将该发光二极管晶片电连接于第一电极与第二电极，其中基座设有一开口；步骤二，将一封装胶体填充到基座的容置槽内，并包覆发光二极管晶片，其中封装胶体包含硅胶材料与第一荧光粉材料；以及步骤三，将一荧光玻璃盖设于基座的开口，其中荧光玻璃是将玻璃粉与第二荧光粉材料经由一低温烧结步骤所制得。
于本发明的一实施例中，发光二极管晶片为蓝光发光二极管晶片。
于本发明的一实施例中，封装胶体包含10～30wt％的第一荧光粉材料与剩余百分比的硅胶材料。
于本发明的一实施例中，第一荧光粉材料包含一绿色荧光粉，一青色荧光粉以及一红色荧光粉。
于本发明的一实施例中，第一荧光粉材料包含10wt％绿色荧光粉，3wt％青色荧光粉以及0.8wt％红色荧光粉。
于本发明的一实施例中，绿色荧光粉的峰值波长为515nm，平均粒径大小为12 nm，该青色荧光粉的青色荧光粉的峰值波长为495nm，平均粒径大小为20nm，以及该红色荧光粉的峰值为波长660nm，平均粒径大小为14nm。
于本发明的一实施例中，第二荧光粉材料为一钇铝石榴石(YAG)荧光粉材料。
于本发明的一实施例中，白光发光二极管的光输出通量为100～150流明，相对色温为4000～4500K，显色指数(CRI)的R9大于70，且平均演色性指数(Ra)大于90。
藉此，本发明的白光发光二极管结构及其制造方法，通过同时使用封装胶体以及荧光玻璃，且利用最佳比例的荧光材料组合，以制造出在可见光波段具有连续且平坦光谱的白光发光二极管结构。
附图说明
图1：本发明白光发光二极管结构的剖面图。
图2：本发明白光发光二极管结构的制作流程图。
图3：本发明含有不同比例的绿色荧光粉的封装胶体的发光二极管的可见光光谱分析图。
图4：本发明含有10wt％绿色荧光粉与不同比例的青色荧光粉的封装胶体的发光二极管的可见光光谱分析图。
图5：本发明含有10wt％绿色荧光粉、3wt％青色荧光粉与不同比例的红色荧光粉的封装胶体的发光二极管的可见光光谱分析图。
图6：本发明含有10wt％绿色荧光粉、3wt％青色荧光粉与0.8wt％荧光粉的封装胶体的发光二极管的可见光光谱分析图。
附图标号
1 基座
11 容置槽
12 开口
2 第一电极
3 第二电极
4 发光二极管晶片
41 银胶
5 封装胶体
51 绿色荧光粉
52 青色荧光粉
53 红色荧光粉
6 荧光玻璃
7 导电金属线
具体实施方式
本发明的目的及其结构功能上的优点，将依据以下图面所示，配合具体实施例予以说明，俾使审查委员能对本发明有更深入且具体的了解。
本发明是关于一种白光发光二极管结构及其制造方法，白光发光二极管结构在可见光波段具有连续且平坦的光谱。
请参阅图1，本发明的白光发光二极管结构包含一基座1，一第一电极2，一第二电极3，一发光二极管晶片4，一封装胶体5以及一荧光玻璃6。基座1包含一容置槽11与一开口12，第一电极2与第二电极3设置于容置槽11底部，发光二极管晶片4亦设置于容置槽11底部，并与第一电极2与第二电极3电连接；封装胶体5 填充于容置槽11内，并包覆住第一电极2、第二电极3以及发光二极管晶片4，封装胶体5包含第一荧光粉材料与硅胶，第一荧光粉材料中又包含绿色荧光粉51、青色荧光粉52与红色荧光粉53；荧光玻璃6盖设并固定于基座1的开口12，其中荧光玻璃6是将一玻璃粉与一第二荧光粉材料经由低温烧结步骤所制得。
此外，通过下述具体实施例，可进一步证明本发明可实际应用的范围，但不意欲以任何形式限制本发明的范围。
一、白光发光二极管结构的制造
(一)、荧光玻璃制造
本发明所使用的荧光玻璃，是将玻璃粉与钇铝石榴石(YAG)荧光粉以重量比 87:13的比例混匀，经过机器挤压之后，以650℃的温度进行烧结，以制成荧光碇；将荧光碇进一步进行切片、研磨并抛光，最后再利用激光切割的技术，将其切割成所需要的大小，本实施例中，所切割的大小为5×5mm2。
(二)、白光发光二极管结构制造
请一并参见图1与图2，先将第一电极2与第二电极3固设于基座1的底部，其中第一电极2与第二电极3为相反的电极，例如第一电极2为正极(anode)时，第二电极3便为负极(cathode)；将发光二极管晶片4利用银胶41固定于第一电极2或第二电极3上，本实施例中，发光二极管晶片4以银胶41固定于第二电极3上；接着，将发光二极管晶片4连接上导电金属线7，例如导电金线，并对应连接到第一电极2，以使发光二极管晶片4、第一电极2与第二电极3电连接；接着，配制封装胶体5，本发明所使用的封装胶体5中包含硅胶(silicone)与10～30wt％的第一荧光粉材料，将第一荧光粉材料与硅胶均匀混合后以获得封装胶体5，再把封装胶体5填充至底座1 的容置槽11中，例如以点胶的方式注入容置槽11，再将封装胶体5以150℃作用4 小时，以烘干封装胶体5；最后，再将以玻璃粉与钇铝石榴石(YAG)荧光粉制备的荧光玻璃6覆盖并固定于底座1的开口12，以完成本发明白光发光二极管结构。
本实施例所使用的发光二极管晶片4为氮化铟镓(InGaN)蓝光发光二极管晶片，尺寸为45×45mm2，所发出的可见光主波长为460nm的蓝光，操作电流为350mA；本发明利用发光二极管晶片4发出的蓝光激发封装胶体5中的第一荧光粉材料，以及荧光玻璃6中的YAG荧光粉，以产生白光。
(三)、第一荧光粉材料
(1)绿色荧光粉
此试验测试以含有10wt％、15wt％或20wt％绿色荧光粉的封装胶体，所制备的白光发光二极管结构的发光光谱，所使用的绿色荧光粉峰值波长为515nm，平均粒径大小为12nm，可为但不限于铝酸盐(Aluminates)荧光粉材料；请参见图3，以含有绿色荧光粉(GreenP)封装胶体制成的白光发光二极管结构，发出的光谱具有两个明显的波峰，第一个波峰的主峰落在460nm，第二个波峰主峰落在约550nm；又，以加入10wt％绿色荧光粉(GreenP)的组别，第一波峰的强度较强，故后续便使用加入10 wt％绿色荧光粉(GreenP)的封装胶体。
(2)青色荧光粉
本试验使用包含0.5wt％、1.0wt％与3wt％的青色荧光粉，与10wt％绿色荧光粉的封装胶体，所制备的白光发光二极管结构的光谱；此实施例所使用的青色荧光粉的峰值波长为495nm，平均粒径大小为20nm，可为但不限于氧化氮(Nitrogen oxides， NOX)材料；请参见图4，0.5wt％青色荧光粉(CyanP)组以及1.0wt％青色荧光粉(CyanP) 组，所发出的光谱图具有两个波峰，第一个波峰主峰落在460nm，第二个波峰约为 550nm；加入3wt％青色荧光粉(CyanP)组，其主要波峰范围介于500～600nm之间，且具有一较平坦的光谱，故选择含有10wt％绿色荧光粉(GreenP)以及3wt％青色荧光粉(CyanP)的封装胶体，继续进行以下的试验。
(3)红色荧光粉
本试验使用包含0.5wt％、0.8wt％以及1wt％的红色荧光粉，与10wt％绿色荧光粉以及3wt％青色荧光粉的封装胶体，制备的白光发光二极管结构的光谱；本实施例所使用的红色荧光粉的峰值为波长660nm，平均粒径大小为14nm，可为但不限于氮化物(Nitride)材料；请参见图5与图6，虽然添加0.5wt％、0.8wt％以及1wt％红色荧光粉(RedP)的三组，其发光的波峰范围都有扩大的趋势，但以添加0.8wt％红色荧光粉(RedP)组，其在可见光范围，发光强度较一致，且具有连续且平坦的发光光谱，可见光的波段色域广，为较佳的添加比例。
本实施例制得的白光发光二极管结构，尺寸为5×5mm2，光输出通量为104.3 流明(lm)，色温为4200K，属于暖白光；另，本实施例制得的白光发光二极管结构，显色指数(CRI)的R9为73，且平均演色性指数(Ra)为90.9。
由上述的实施说明可知，本发明具有以下优点：
1.本发明的白光发光二极管结构，同时具有含有荧光粉的封装胶体以及荧光玻璃，且封装胶体与荧光玻璃中包含了不同种类的荧光粉，因此发出来的白光显色能力佳，且具有宽广的色域范围。
2.本发明的白光发光二极管结构，封装胶体中同时加入绿色荧光粉、青色荧光粉以及红色荧光粉，搭配蓝光发光二极管晶片的光谱，于可见光波段范围具有连续且平坦的光谱。
3.本发明的白光发光二极管结构所使用的荧光玻璃，是将玻璃粉与荧光粉混合后低温烧结制成，能有效避免荧光粉沉淀的缺失，以达到较好的空间光色分布均匀性。
Claims (10)
1.一种白光发光二极管结构，其特征在于，包含：
一基座，具有一容置槽以及一开口；
一第一电极与一第二电极，设置于该容置槽内；
一发光二极管晶片，设置于该容置槽内并电连接该第一电极与该第二电极；
一封装胶体，填充于该容置槽并包覆该发光二极管晶片，其中该封装胶体包含一硅胶材料与一第一荧光粉材料；以及
一荧光玻璃，盖设于该基座的该开口，其中该荧光玻璃是将一玻璃粉与一第二荧光粉材料经由一烧结步骤所制得。
2.如权利要求1所述的白光发光二极管结构，其特征在于，该封装胶体包含10～30wt％的该第一荧光粉材料与剩余百分比的该硅胶材料。
3.如权利要求2所述的白光发光二极管结构，其特征在于，该第一荧光粉材料包含一绿色荧光粉，一青色荧光粉以及一红色荧光粉。
4.如权利要求3所述的白光发光二极管结构，其特征在于，该第一荧光粉材料包含10wt％绿色荧光粉，3wt％青色荧光粉以及0.8wt％红色荧光粉。
5.如权利要求3所述的白光发光二极管结构，其特征在于，该绿色荧光粉的峰值波长为515nm，平均粒径大小为12nm，该青色荧光粉的青色荧光粉的峰值波长为495nm，平均粒径大小为20nm，以及该红色荧光粉的峰值为波长660nm，平均粒径大小为14nm。
6.如权利要求1所述的白光发光二极管结构，其特征在于，该荧光玻璃的该第二荧光粉材料为一钇铝石榴石荧光粉材料。
7.如权利要求1所述的白光发光二极管结构，其特征在于，其光输出通量为100～150流明，相对色温为4000～4500K，显色指数的R9大于70，且平均演色性指数大于90。
8.一种白光发光二极管结构的制造方法，其特征在于，包含：
步骤一：将一发光二极管晶片固定于一基座的一容置槽底部，并将该发光二极管晶片电连接于一第一电极与一第二电极，其中该基座设有一开口；
步骤二：将一封装胶体填充到该基座的该容置槽内，并包覆该发光二极管晶片，其中该封装胶体包含一硅胶材料与一第一荧光粉材料；以及
步骤三：将一荧光玻璃盖设于该基座的该开口，其中该荧光玻璃是将一玻璃粉与一第二荧光粉材料经由一烧结步骤所制得。
9.如权利要求8所述的白光发光二极管结构的制造方法，其特征在于，该封装胶体的该第一荧光粉材料包含一绿色荧光粉，一青色荧光粉以及一红色荧光粉，且该荧光玻璃的该第二荧光粉材料为一钇铝石榴石荧光粉材料。
10.如权利要求9所述的白光发光二极管结构的制造方法，其特征在于，该第一荧光粉材料包含10wt％绿色荧光粉，3wt％青色荧光粉以及0.8wt％红色荧光粉，且该绿色荧光粉的峰值波长为515nm，平均粒径大小为12nm，该青色荧光粉的青色荧光粉的峰值波长为495nm，平均粒径大小为20nm，以及该红色荧光粉的峰值为波长660nm，平均粒径大小为14nm。
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