CN207828127U - 荧光玻璃结构及led模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种荧光玻璃结构，其至少包含有：一玻璃本体；复数个荧光颗粒，复数个该荧光颗粒嵌固于该玻璃本体内，该荧光颗粒包含有一保护层及一荧光主体，该保护层包覆于该荧光主体的外侧。该荧光主体呈颗粒状且该保护层完全地包覆该荧光主体以达到完全地保护该荧光主体的功效，使该荧光颗粒掺混至熔融的玻璃时，该荧光主体的发光中心不会因为高温环境而氧化致使影响该荧光主体的原有的发光性质。本实用新型另提供一种LED模组，至少包含：一如前所述的荧光玻璃结构；以及一LED晶片，该LED晶片设于该玻璃本体的一侧。
Description
技术领域
本实用新型与一种玻璃基材有关，特别是指使用具有保护层的荧光颗粒的荧光玻璃结构，以及使用此荧光玻璃结构的发光二极管(LED，Light-emitting diode)模组。
背景技术
按， 发光二极管(LED)与传统光源比较，发光二极管具有体积小、省电、发光效率佳、寿命长、操作反应速度快、且无热辐射与水银等有毒物质的污染等优点。因此，近几年来，发光二极管的应用面已极为广泛。而在制作发光二极管光源时，一般将发光二极管晶粒与荧光粉混合封装在一起以形成封装组件，用以发出特定颜色的光线。白光LED的应用自2001年以来逐年增长，至2006年以后大放异彩，截至目前为止，白光LED在显示器背光模组的应用已几乎达100%，一般照明使用也已经超越65%，其他如车灯，商用照明等等也已经有充分的技术。
有鉴于此，LED封装应用厂正着眼于相关新型高性能LED封装技术，其中晶片尺寸构装(CSP，Chip scale package)就是其中的一个重要方向，目前市面上的CSP主要有以下三大主流封装结构，请参阅图1至图3所示的LED模组：图1将LED晶片10周边直接以硅胶荧光粉层11形成封装；图2在LED晶片10的两侧设有二氧化钛层12保护，再于LED晶片10的顶端设有硅胶荧光粉层11；图3在LED晶片10及硅胶荧光粉层11的外侧再加上一层透明硅胶保护层13，形成固定封装。当LED晶片10产生的光穿透硅胶荧光粉层11后，则会产生所需要的特定波长的光，因此得以构成所需要的波长的光源。
惟，目前所使用的晶片尺寸构装中，LED晶片表面的硅胶荧光粉层以硅胶结合荧光粉末进行结合后封装，而荧光粉或称荧光粉末由复数个荧光颗粒所构成，荧光颗粒由荧光材料所构成且受LED晶片产生的光激发后依照荧光材料的特性而发出特定的波长。前述所使用的硅胶为有机硅(silicone或polysiloxanes)，是一个介于有机与无机的聚合物，由无机硅氧键骨架（...-Si-O-Si-O-Si-O-...）和以共价键和硅原子结合的支链有机基团组成，在较高温度下及长时间的使用时，有机基团常常会受到温度或环境的影响而损坏，导致硅胶荧光粉层的碎裂而使得LED模组失效，因而此类产品的耐用性并不足够。
为了要增加LED模组使用功率、耐用性及使用范围，目前使用于CSP(Chip ScalePackage)产品的技术中，尤其使用于车灯的应用，这类产品一般属于高功率应用居多，所以在材料的选用上就有更严格的耐温度要求，故而全无机(whole inorganic)材料的采用就成为重要发展方向。所以，将玻璃粉及荧光粉于熔融状态下掺混随之成形并冷却后形成的玻璃型荧光片(PIG，Phosphor in Glass)也因此因应而生。不过，此类玻璃型荧光片，在玻璃粉熔融的过程中仅有少数种类的荧光粉可以承受玻璃粉熔融温度(约为550℃~1000℃)而不产生明显质变。而其它种类的荧光粉会因为本身耐热程度不同，导致于550℃~1000℃的高温环境产生发光中心(Activator)氧化，进而影响荧光粉原有的发光性质；或者，于玻璃相熔融时，原子会自玻璃扩散(diffuse)至荧光粉，因而使得荧光粉主体晶格(hostlattice)的材料组成发生改变，影响了荧光粉原有的发光性质。因此，这类两相型(玻璃相及荧光粉相)的玻璃型荧光片的应用推广就受到局限。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题即在提供一个在制造玻璃型荧光片时，可以大幅改善荧光粉的高温稳定性的荧光颗粒结构，使用此荧光颗粒所制造出的荧光玻璃结构不受玻璃相熔融时的高温而影响原有的发光性质，因而应用荧光玻璃结构的LED模组具有良好的耐用性及发光品质。
本实用新型所采用的技术手段如下所述。
本实用新型为一种荧光玻璃结构，至少包含：一玻璃本体；复数个荧光颗粒，复数个该荧光颗粒嵌固于该玻璃本体内，该荧光颗粒包含有一保护层及一荧光主体，该保护层包覆于该荧光主体的外侧。
依据上述技术特征，其中，该玻璃本体为一片状体。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体呈颗粒状且该保护层完全地包覆该荧光主体。
依据上述技术特征，其中，该保护层为透明并能够允许波长300nm~1200nm的光穿透。
依据上述技术特征，其中，该保护层为一透光钝化层。
依据上述技术特征，其中，该保护层为一透光陶瓷层。
依据上述技术特征，其中，该保护层为一透光无机材料层。
依据上述技术特征，其中，该荧光玻璃结构更包含有复数个辅助荧光颗粒，该辅助荧光颗粒嵌固于该玻璃本体内。
依据上述技术特征，其中，该保护层的厚度在 3微米以下。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体以Ce3+为发光中心(Activator)的铝酸盐类(Aluminate) 所制成的铝酸盐颗粒。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体选自钇铝石榴石（Yttrium aluminiumgarnet, YAG）所制成的YAG颗粒、镏铝石榴石 (Lutetium aluminium garnet, LuAG) 所制成的LuAG颗粒及镓钇铝石榴石(Gallium Yttrium aluminium garnet, GaYAG) 所制成的GaYAG颗粒所组成的群组中至少其中之一。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体选自以Eu2+为发光中心的碱土硅酸盐所制成的碱土硅酸盐颗粒、以Eu2+为发光中心的β–SiAlON氮氧化物所制成的氮氧化物颗粒及以Eu2 +为发光中心的Alpha–SiAlON氮氧化物所制成的氮氧化物颗粒所组成的群组中至少其中之一。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体以Eu2+为发光中心的M2Si5N8 氮化物所制成的碱土硅氮化物颗粒，其中M指碱土类元素。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体以Eu2+为发光中心的MAlSiN3 碱土铝硅氮化物所制成的碱土氮化物颗粒，其中M指碱土类元素。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体以Mn4+为发光中心的钾钛氟化物(PotassiumTitanium Fluoride，PTF)颗粒或钾硅氟化物(Potassium Silicon Fluoride，PSF)颗粒。
依据上述技术特征，其中，该荧光主体以化学结构中含有硫为主体的硫化物颗粒。
本实用新型另提供一种LED模组，至少包含：一如前所述的荧光玻璃结构；以及一LED晶片，该LED晶片设于该玻璃本体的一侧。
本实用新型所产生的技术效果：大幅改善荧光粉的高温稳定性的荧光颗粒结构，使用此荧光颗粒所制造出的荧光玻璃结构不受玻璃相熔融时的高温而影响原有的发光性质，因而应用荧光玻璃结构的LED模组具有良好的耐用性及发光品质。
附图说明
图1为习知的第一种LED晶片组的封装示意图。
图2为习知的第二种LED晶片组的封装示意图。
图3为习知的第三种LED晶片组的封装示意图。
图4为本实用新型荧光玻璃结构的剖面示意图。
图5为本实用新型荧光玻璃结构的荧光颗粒放大示意图。
图6为本实用新型荧光玻璃结构的另一实施例的剖面示意图。
图7为本实用新型LED模组的结构示意图。
图号说明：
习知
10 LED晶片
11 硅胶荧光粉层
12 二氧化钛层
13 透明硅胶保护层
本实用新型
20 玻璃本体
30 荧光颗粒
31 保护层
32 荧光主体
40 辅助荧光颗粒
50 LED晶片
51 凸缘
52 黏着层。
具体实施方式
首先请参阅图4及图5所示，本实用新型的一种荧光玻璃结构，其至少包含有：一玻璃本体20，较佳地该玻璃本体20为一片体，例如该玻璃本体20为一透明玻璃片；以及复数个荧光颗粒30，复数个该荧光颗粒30嵌固于该玻璃本体20内，该荧光颗粒30包含有一保护层31及一荧光主体32，该荧光主体32设于该保护层31的内侧，或该保护层31包覆于该荧光主体32的外侧；较佳地，该荧光主体32呈颗粒状且该保护层31完全地包覆该荧光主体32以达到完全地保护该荧光主体32的功效，使该荧光颗粒30掺混至熔融的玻璃时，该荧光主体32的发光中心不会因为高温环境而氧化致使影响该荧光主体32的原有的发光性质；该保护层31亦可防止原子自玻璃扩散至该荧光主体32，因此防止了该荧光主体32的主体晶格的材料组成发生改变，因此防止影响该荧光主体32原有的发光性质。该保护层31为透明并允许波长380nm~780nm的光穿透；较佳地，该保护层31为透明并允许波长420nm~780nm的光穿透。
该荧光主体32选自以Ce3+为发光中心(Activator)的铝酸盐类(Aluminate) 所制成的铝酸盐颗粒(其发光波长介于510nm至580nm之间)，包括钇铝石榴石（Yttriumaluminium garnet, YAG）所制成的YAG颗粒、镏铝石榴石 (Lutetium aluminium garnet,LuAG) 所制成的LuAG颗粒及镓钇铝石榴石(Gallium Yttrium aluminium garnet, GaYAG)所制成的GaYAG颗粒所组成的群组中至少其中之一；或者该荧光主体32选自以Eu2+为发光中心的碱土硅酸盐所制成的碱土硅酸盐颗粒(其发光波长介于505nm至610nm之间)、以Eu2+为发光中心的β–SiAlON氮氧化物所制成的氮氧化物颗粒(其发光波长介于530nm至550nm之间)及以Eu2+为发光中心的Alpha–SiAlON氮氧化物所制成的氮氧化物颗粒(其发光波长介于545nm至600nm之间)所组成的群组中至少其中之一。
该荧光主体32亦可以为以Eu2+为发光中心的M2Si5N8 氮化物所制成的碱土硅氮化物颗粒，其中M指碱土类(Ca, Sr, Ba)元素，其发光波长介于580nm至610nm之间；该荧光主体32亦可以为以Eu2+为发光中心的MAlSiN3 碱土铝硅氮化物所制成的碱土氮化物颗粒，其中M指碱土类(Ca, Sr, Ba)元素，其发光波长介于600nm至700nm之间；该荧光主体32亦可以为以Mn4+为发光中心的钾钛氟化物(Potassium Titanium Fluoride，PTF)颗粒或钾硅氟化物(Potassium Silicon Fluoride，PSF)颗粒，其发光波长介于620nm~640nm之间；该荧光主体32亦可以为以化学结构中含有硫为主体的硫化物颗粒，例如CaSeS，其发光波长可以介于520nm-650nm之间。
而该保护层31的形成方式可由该荧光主体32表面进行钝化处理所形成，此时该保护层31为一钝化层，而该钝化层的形成方式可包括高温表面氧化钝化法、化学表面钝化法及物理表面披覆钝化法。然而，经过了以上的处理必须仍能确保该荧光主体32不会因为此钝化制程或该保护层31的存在而使得发光效率的大幅下降，一般而言，必须控制该荧光主体32与该荧光颗粒30的亮度差异小于20%为主。
上述的高温表面氧化钝化法，主要是将该荧光颗粒30在与玻璃粉共烧之前，将其快速通过一高温环境，使其表面快速产生该保护层31(该钝化层)，例如氧化膜，进而达成表面的钝化或化学安定的效果，此称为高温氧化法。高温氧化法的处理条件可以是在300℃~1600℃的温度下，也可以再加上在真空或氧气或其他气体浓度大于1wt%(重量百分比)以上的炉内气氛下，持续或陆续处理大于十分钟，其中以700℃~1200℃的真空或2wt%~10wt%氧气环境下，处理20~30分钟为佳。上述的高温氧化法主要是在该荧光颗粒30的表面形成小于3微米厚度的该保护层31，其中以1微米以下为最佳，亦即生成一个相对于该荧光主体32组成差异的该钝化层。因此本实用新型在不影响光学的特性的前提下，使得于高温制造该荧光玻璃结构时，由于该保护层31(该钝化层)的保护作用而使得该荧光主体32相对地稳定而没有再进一步质变。
上述的化学表面钝化法，主要是将该荧光颗粒30在与玻璃粉共烧之前，将其先施予一化学表面处理，使其表面产生一个相对于材料内部组成差异的该保护层31(该钝化层)，进而达成表面的钝化或化学安定的效果。该保护层31的厚度约略在 3微米以下，其中以1微米以下为最佳。化学表面处理是以酸性(PH值小于3)或碱性(PH值大于12)溶液，在温度5℃~95℃的条件下浸泡1~60分钟，其中以25~50℃浸泡3~10分钟为佳。常用的PH控制液成分可以是盐酸(HCL)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、氢氟酸(HF)、氢氧化钠(NaOH)及阿摩尼亚(NH4OH)水溶液。因此本实用新型在不影响光学的特性的前提下，使得于高温制造该荧光玻璃结构时，由于该保护层31(该钝化层)的保护作用而使得该荧光主体32相对地稳定而没有再进一步质变。
上述的物理表面披覆钝化法，主要是将荧光颗粒30在与玻璃粉共烧之前，将该荧光主体32先施予一表面包覆处理，使该荧光主体32表面包覆相对于该荧光主体32更为耐温的该保护层31(该钝化层)。在不影响光学的特性的前提下，在该荧光颗粒30的表面生成一个相对耐火耐热，进而保护内部该荧光主体32，使其不受玻璃粉因高温熔融时造成该荧光主体32质变的该保护层31。该保护层31的厚度约略在 3微米以下，其中以1微米以下为最佳，该保护层31的材料可以是熔点大于1200℃的陶瓷(Ceramic)薄膜材料，包含氧化硅(SiO2)，氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氢氧化铝(Al(OH)3)、氧化锆(ZrO2)等等无机材料。
因此本实用新型在不影响光学的特性的前提下，使得于高温制造该荧光玻璃结构时，由于该保护层31(该钝化层)的保护作用而使得该荧光主体32相对地稳定而没有再进一步质变。该保护层31为一透光无机材料层。
当制作本实用新型的该荧光玻璃结构时，该玻璃本体20在由玻璃粉高温熔融成形并冷却后形成片状体时，该荧光颗粒30可以悬浮于该玻璃本体20中。由于该保护层31具有高温保护作用，所以该荧光主体32的发光效果不会受到高温的影响而产生质变，进而提升该荧光玻璃结构的良率。另外，请一并配合参阅图6所示，该荧光玻璃结构除了包含该荧光颗粒30之外，亦可藉由复数个辅助荧光颗粒40的添加于该玻璃本体20内，用以增加光谱的多元性。该辅助荧光颗粒40无前述的保护层31且嵌固于该玻璃本体20内，该辅助荧光颗粒40直接与该玻璃本体20相接触，该辅助荧光颗粒40为不会受到高温的影响而产生质变的荧光材料。
请一并参阅图7，本实用新型另提供一LED模组，其至少包含一如前所述的该荧光玻璃结构及一LED晶片50，该荧光玻璃LED晶片50的周边环设有一凸缘51，该玻璃本体20设置于该LED晶片50的一侧，或该LED晶片50设于该玻璃本体20的一侧，较佳地该玻璃本体20透过一黏着层52固设于该凸缘51之间；最佳地该玻璃本体20透过该黏着层52完全地固设于该凸缘51之间而不凸出于该凸缘51之外，以完全地运用该荧光玻璃结构的功能并对该凸缘51产生反射及支撑效果。该荧光颗粒30能够吸收LED晶片50的放射光，并透过该荧光颗粒30转换成另一个波长的放射光。本实用新型主要的应用在于以紫外光-蓝光(波长介于350nm~470nm之间)波段的雷射(Laser)或LED作为光源时的光转换介质材料使用。制成的该荧光玻璃结构具有全无机材料的特性，并且相较于硅胶荧光片，更具有耐高温以及耐湿度的特性，此对于高功率的雷射或发光二极管的应用大有帮助。
Claims (10)
1.一种荧光玻璃结构，其特征在于，至少包含：
一玻璃本体(20)；
复数个荧光颗粒(30)，复数个该荧光颗粒(30)嵌固于该玻璃本体(20)内，该荧光颗粒(30)包含有一保护层(31)及一荧光主体(32)，该保护层(31)包覆于该荧光主体(32)的外侧。
2.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该玻璃本体(20)为一片状体。
3.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该荧光主体(32)呈颗粒状且该保护层(31)完全地包覆该荧光主体(32)。
4.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该保护层(31)为一透光钝化层。
5.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该保护层(31)为一透光陶瓷层。
6.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该保护层(31)为一透光无机材料层。
7.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该荧光玻璃结构包含有复数个辅助荧光颗粒(40)，该辅助荧光颗粒(40)嵌固于该玻璃本体(20)内。
8.如权利要求1所述的荧光玻璃结构，其特征在于，该保护层(31)的厚度在 3微米以下。
9.一种LED模组，其特征在于，至少包含：
一权利要求1的荧光玻璃结构；以及
一LED晶片(50)，该LED晶片(50)设于该玻璃本体(20)的一侧。
10.如权利要求9所述的LED模组，其特征在于，该荧光玻璃LED晶片(50)的周边环设有一凸缘(51)，该玻璃本体(20)透过一黏着层(52)固设于该凸缘(51)之间。
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