CN201408781Y - 具有荧光粉的基板与白光led光源元件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种具有荧光粉的基板与白光LED光源元件。该具有荧光粉的基板含有荧光粉和助熔剂的均匀混合物。该荧光粉和该助熔剂覆烧混合后成为半熔状的一玻璃体。该玻璃体经研磨成一荧光粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上，以及该荧光粉体被加热成一荧光膜于该基板上。该具有荧光粉的基板与白光LED芯片组装后，即可应用于白光LED光源封装的发光元件。

Description

具有荧光粉的基板与白光LED光源元件
技术领域
本实用新型有关一种具有荧光粉基板，特别是有关一种应用于白光发光元件的荧光粉陶瓷玻璃基板。
背景技术
传统固态半导体白光光源主要有以下三种方式，第一种白光光源是以红、蓝、绿三色发光二极管芯片组成白光发光组件，其具有高发光效率、高演色性优点，但同时也因不同的颜色芯片，需配合不同的磊晶材料，连带使得电压特性也随之不同。因此，导致制造成本偏高，控制线路设计复杂，且混光调整不易。
第二种白光光源是以蓝光发光二极管，并激发黄色钇铝石榴石(YAG)荧光粉产生白光。此种方式为目前市场主流趋势，在蓝光发光二极管芯片的外围，填充混有黄光YAG荧光粉的光学胶，此蓝光发光二极管芯片所发出蓝光的波长约为400～530nm，利用蓝光发光二极管芯片所发出的光线激发黄光荧光粉产生黄色光。但同时也会有部份的蓝色光发射出来，此部份蓝色光配合上荧光粉所发出的黄色光，即形成蓝黄混合的二波长的白光。然而，此种利用蓝光发光二极管芯片与黄光荧光粉组合而成的白光发光二极管，有下列数种缺点：第一、由于蓝光占发光光谱的大部分，因此会有色温偏高与点胶所造成发光不均匀的现象。第二、因蓝光发光二极管发光波长会随温度提升而改变，进而造成白光源颜色控制不易，甚至导致散热不易的问题。第三、因发光红色光谱较弱，造成演色性较差的现象。
第三种白光光源是以紫外光发光二极管激发透明光学胶中含均匀混有一定比例的蓝色、绿色、红色荧光粉，激发后可得到三波长的白光。此三波长白光发光二极管具有高演色性的优点，但却有发光效率不足、透明光学胶易老化的缺点。
再者，针对白光LED封装技术方面，在发展高功率以及大面积LED照明组件时，其散热问题将严重影响到元件寿命之外，现行LED封装上常用的点胶、封灌、模压工艺方式，因所采用的环氧树脂易在使用过程中变稠，导致较难控制气泡、缺料、黑点以及荧光胶中荧光粉沉淀等缺陷，进而使得发光均匀度无法保持一致，且易造成产品的发光色差。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种通过结合陶瓷玻璃熔剂与荧光粉材料，并可施用于玻璃、陶瓷基板上，进而制得一种应用于白光LED光源发光元件。
本实用新型的一方面提供一种具有荧光粉的基板，包括：含荧光粉和助熔剂的均匀混合物，经覆烧后，成为半熔状的玻璃体；其中该玻璃体经研磨后成荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上，并经加热后，成为一荧光膜于该基板上。
本实用新型的另一方面提供一种白光LED光源元件，包括：含荧光粉和助熔剂的均匀混合物，经覆烧后，成为半熔状的玻璃体；其中该玻璃体经研磨后成荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上，并经加热后，成为一荧光膜于该基板上，以及其中该具荧光膜的基板与紫外光(UV)、紫光或蓝光LED芯片组合成一白光LED光源元件。
附图说明
为使本实用新型能更明显易懂，下面将配合附图对本发明的较佳实施例作详细说明，其中：
图1是显示根据本实用新型的一实施例的制造白光LED光源元件的流程示意图。
图2是显示本实用新型实施例的白光LED光源封装体的剖面示意图。
具体实施方式
以下以各实施例详细说明并伴随着附图说明的范例，做为本实用新型的参考依据。在附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的标号。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别予以描述说明，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式，另外，特定的实施例仅为揭示本实用新型使用的特定方式，其并非用以限定本实用新型。
本实用新型的一实施例提供一种可制得白光LED光源荧光粉陶瓷基板元件的制造方法。更明确地说，利用陶瓷玻璃熔剂搭配上各种荧光粉烧制在玻璃或陶瓷基板上，以制作成为高功率白光LED发光元件。
图1是显示根据本实用新型的一实施例的制造白光LED光源元件的流程示意图。请参阅图1，首先分别提供荧光粉(步骤S10b)和助熔剂(步骤S10b)，并使其一定比例均匀混合。接着，覆烧混合后的该荧光粉和该助熔剂(步骤S20)，并使其淬冷，使其成为半熔状的玻璃体(步骤S30)。将该玻璃体研磨成一荧光玻璃粉体(步骤S40)，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上(步骤S50)。加热该荧光玻璃粉体使其成一荧光膜于该基板上(步骤S60)。裁切具有荧光膜的该基板成预定尺寸并与一蓝光LED芯片封装组合成一白光LED光源元件(步骤S70)。
本实用新型的一实施例提供一种具有荧光粉陶瓷基板的制造方法，该荧光粉陶瓷基板可做为白光LED光源元件的光学转换器。根据本实用新型的一实施例，利用陶瓷玻璃熔剂配合荧光粉材料，经过适当比例混合之后，将混合物进行热处理成为均一的熔融状态玻璃物、此熔融状物质经水淬后，成为一种均一状态玻璃，将此玻璃经过研磨、烘干、粉碎、过筛程序后，即得荧光玻璃颜料。
将此荧光玻璃颜料涂布于一基板上，例如以涂布法、网印法、转印法、喷墨法形成于陶瓷或玻璃基板上，以达成一均匀的荧光涂布层，经过加热处理让涂布层与基板能够充分结合，可得到所要的荧光粉陶瓷基板，将此基板按白光LED封装所需尺寸需求进行裁切之后，并组装，即可应用于白光LED光源封装时的发光元件。
根据本实用新型的一实施例，所述的陶瓷玻璃熔剂，其主要特征在于无铅无镉，并且与荧光粉在热处理时不发生反应的组成配方，组成范围(氧化物重量百分比)例如为SiO2：30～65％；Al2O3：0.1～12％；K2O+Na2O：4～10％；ZnO：0.1～30％；B2O3：6～20％；ZrO2：0.1～7％；Li2O：3～11％；La2O3：0.1～5％；BaO：0.1～5％；CaO：0.1～8％；TiO2：0.1～5％，依实际配方组成将原料进行配料混合、熔解、淬冷、研磨、过筛、干燥、粉碎等工序之后即可得到陶瓷玻璃熔剂粉体。
再者，所述的荧光粉材料为在波长范围254～550nm可发生吸收及放射波谱的荧光材料，其至少包括黄色钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，简称YAG)，黄色铽铝石榴石(Terbium Aluminum Garnet，简称TAG)，黄色硅酸盐(Silicate)，例如具Sr2SiO4或Sr3SiO5晶相的组合物，硫化物(Sulfate)，氮化物(Nitrate)，或上述材料的任意组合。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的荧光粉皆可应用于本实用新型的实施例中。并根据白光LED调光目的，进行搭配组合其使用比例的材料。
根据本实用新型另一实施例，所述的陶瓷玻璃熔剂粉体与荧光粉经适当比例调配后进行混合，不限于采取何种混合方式，过程之中应避免任何形式铁的污染。完成混合后的混合物置入耐火匣钵之中，视玻璃陶瓷色料的组成条件，例如在700℃～1000℃的温度范围进行热处理。热处理时间为4～10分钟，经过热处理后，混合物变成半熔融状态均质的玻璃相，此时急速投入冷水之中进行淬冷。
接着，经去除水分后，以湿法球磨方式将淬冷后的固态材料研磨至细度可通过400目标准筛网的粒度大小的粉末，经烘干粉碎后，即得所欲的荧光玻璃颜料。
上述的荧光颜料利用涂布、网印、转印、喷墨等方式，形成在Al2O3、AlN或玻璃、蓝宝石基板上，构成一均匀的荧光涂布层，并将涂上涂布层的整块基板置入电炉中，其温度视陶瓷玻璃熔剂的组成所测出的软化点温度而定，例如在550℃～1000℃的温度范围进行加热烧成。
上述烧成完成的荧光粉陶瓷基板，按白光LED封装所需尺寸需求进行裁切并封装后，即可应用于白光LED光源封装时的发光元件。
图2是显示本实用新型实施例的白光LED光源封装体的剖面示意图。如先前所述，将具荧光膜120的基板100成所欲的尺寸，并与一蓝光LED芯片200封装组合成一白光LED光源元件。由蓝光LED芯片200所发的蓝光BL，经具有荧光膜120的基板100转化成白光WL。以下列举两个具体实施例，说明本实用新型的白光LED光源封装体的制造方法。
具体实施例一
取800℃陶瓷低温熔剂粉末60克，其组成为SiO2：50～65％；Al2O3：8～12％；Na2O：2～5％；K2O：2～5％；B2O3：6～10％；ZrO2：4～7％；Li2O：4～8％；La2O3：2～5％；BaO：2～5％，与40克的YAG荧光粉，在充份混合均匀后，置于莫来石坩埚中于950℃进行加热，保持温度八分钟后，将熔制成半熔融状态的均匀混合物到入冷水的中淬冷。在淬冷后，取出此半熔融状态混合物并将其研磨到可通过400目筛网的粒度大小，研磨完成后的浆料进行烘干粉碎后备用。
取上述完成的粉末100克，并加入60克印油(例如Hereaus，Silk Screen OilHT-590015)进行调合，为了使分散可以均匀一致，可使用搅拌器或是三轴滚筒。混合好的油膏以51T全透墨网版印制到氧化铝基板上，氧化铝基板的厚度范围例如是0.1～0.3mm。接着，将印制后的氧化铝基板放置到高温炉中，升温至830℃后并持温五分钟后停止加热，于室温条件下自然冷却。待冷却后，取去出烧制完成具有荧光粉表面的氧化铝基板并切割成2900μm×2900μm的大小，以银胶贴合于集成四个1.225W蓝光LED芯片的组件上(蓝光波长范围400～530nm)，即可得到各别产品间相互发光亮度均匀、散热良好的大功率白光LED光源。
具体实施例二
取600℃陶瓷低温熔剂粉末70克，其组成为SiO2：30～40％；Al2O3：0.1～12％；K2O：2～5；Na2O：2～5％；ZnO：25～30％；B2O3：15～20％；ZrO2：2～5％；Li2O：8～11％；CaO：5～8％；TiO2：2～5％，与30克的硅酸盐(Silicate)荧光粉(例如LWB，Fluoroscent Powder，Type：LP-F560-20)，充份混合均匀后，置于莫来石坩埚中于750℃进行加热，保持温度时间五分钟后将熔制成半熔融状态的均匀混合物倒入冷水之中淬冷，淬冷后取出此半熔融状态混合物并将其研磨到可通过400目筛网的粒度大小，研磨完成后的浆料进行烘干粉碎后备用。
取上述完成的粉末100克，并加入65克印油(例如Hereaus，Silk Screen OilHT-590015)进行调合，为了使分散可以均匀一致，可使用搅拌器或是三轴滚筒。混合好的油膏以100T全透墨网版印制到厚度为0.2～1.0mm的玻璃基板上。印制完成后的玻璃基板将其放置到高温炉中，升温至610℃后恒温五分钟并停止加热，于室温条件下自然冷却。冷却后，取去出烧制完成具有荧光粉表面的玻璃基板并切割成1000μm×1000μm的大小，以银胶贴合于蓝光LED芯片上(蓝光波长范围400～530nm)，即可得到各别产品间相互发光亮度均匀、散热良好的白光LED光源。
本实用新型虽以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本实用新型的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作出种种等同的改变或替换，因此本实用新型的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (12)

1.一种具有荧光粉的基板，其特征在于，包括：
含荧光粉和助熔剂均匀混合物，经覆烧后，成为半熔状的玻璃体；
其中该玻璃体经研磨后成荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上，并经加热后，成为一荧光膜于该基板上。
2.根据权利要求1所述的具有荧光粉的基板，其特征在于，该荧光粉的材质为在波长范围254～550nm吸收及放射波谱的荧光材料，其包括黄色钇铝石榴石、黄色铽铝石榴石、黄色硅酸盐、硫化物和氮化物或上述材料的任意组合。
3.根据权利要求1所述的具有荧光粉的基板，其特征在于，该助熔剂的材质包括无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂，并且与荧光粉在热处理时不发生反应的组成配方。
4.根据权利要求3所述的具有荧光粉的基板，其特征在于，该无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂的组成包括：SiO2：30～65％；Al2O3：0.1～12％；K2O+Na2O：4～10％；ZnO：0.1～30％；B2O3：6～20％；ZrO2：0.1～7％；Li2O：3～11％；La2O3：0.1～5％；BaO：0.1～5％；CaO：0.1～8％；TiO2：0.1～5％。
5.根据权利要求1所述的具有荧光粉的基板，其特征在于，该基板包括一陶瓷基板或一玻璃基板。
6.根据权利要求1所述的具有荧光粉的基板，其特征在于，该陶瓷基板包括Al2O3、AlN、和蓝宝石。
7.一种白光LED光源元件，其特征在于，包括：
含荧光粉和助熔剂的均匀混合物，经覆烧后，成为半熔状的玻璃体；
其中该玻璃体经研磨后成荧光玻璃粉体，并涂布该荧光玻璃粉体于一基板上，并经加热后，成为荧光膜于该基板上，以及
其中该具荧光膜的基板与一紫外光、紫光或蓝光LED芯片组合成一白光LED光源元件。
8.根据权利要求7所述的白光LED光源元件，其特征在于，该荧光粉的材质为在波长范围254～550nm吸收及放射波谱的荧光材料，其包括黄色钇铝石榴石、黄色铽铝石榴石、黄色硅酸盐、硫化物和氮化物或上述材料的任意组合。
9.根据权利要求7所述的白光LED光源元件，其特征在于，该助熔剂的材质包括无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂，并且与荧光粉在热处理时不发生反应的组成配方。
10.根据权利要求9所述的白光LED光源元件，其特征在于，该无铅无镉的陶瓷玻璃熔剂的组成包括：SiO2：30～65％；Al2O3：0.1～12％；K2O+Na2O：4～10％；ZnO：0.1～30％；B2O3：6～20％；ZrO2：0.1～7％；Li2O：3～11％；La2O3：0.1～5％；BaO：0.1～5％；CaO：0.1～8％；TiO2：0.1～5％。
11.根据权利要求7所述的白光LED光源元件，其特征在于，该基板包括一陶瓷基板或一玻璃基板。
12.根据权利要求7所述的白光LED光源元件的制造方法，其特征在于，该陶瓷基板包括Al2O3和AlN和蓝宝石。
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