白光led封裝工藝的製作方法
2023-06-09 10:10:31
白光led封裝工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種白光LED封裝工藝，包括在LED晶片（2）上形成第一螢光粉層（3）的步驟和形成第二螢光粉層（4）的步驟，形成第二螢光粉層的步驟為：將第二螢光粉膠模封在第一螢光粉層（3）上，所述第二螢光粉膠包括第二螢光粉和第二膠體，所述第二螢光粉粒徑小於1μm。所述第二螢光粉為無機螢光粉、量子點、有機發光材料三者中的一種或多種；所述第二螢光粉和第二膠體質量比例不高於5：100。本發明通過兩種粒徑螢光粉的搭配使用，既能使LED保持足夠的亮度，又能克服螢光粉的沉降問題，還可以調整藍光的吸收來提高LED顏色均勻性，可以獲得空間顏色均勻性很好的白光LED。
【專利說明】白光LED封裝工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種LED封裝工藝，特別涉及一種白光LED的封裝工藝。
【背景技術】
[0002]發光二極體(LED)是一種半導體光源，LED與其它光源諸如白熾燈相比具有很多優點，LED通常具有較長的壽命、較好的穩定性、較快的開關特性以及較低的能耗。隨著LED作為新一代光源日益深入人們的生活，其應用也越來越廣泛。在合成白光方面，最常用的方式是在發藍光的LED晶片上放置波長轉換材料，例如黃色螢光粉，在LED晶片上的波長轉換材料層會吸收一些LED發出的光子,並將它們向下轉換(down-convert)為可見光波長的光，從而產生具有藍色和黃色波長光的雙色光源。如果產生的黃光和藍光有正確的比例，那麼人眼會感受到白光。
[0003]在現有技術中，LED的封裝工藝一般包括固晶、焊線、塗膠、烘烤等步驟，其中塗膠步驟通常將粒徑在10-15 μ m的大粒徑螢光粉按照一定比例混合在矽膠中，用過點膠設備將螢光粉與膠的混合物塗覆在LED晶片上，然而，大粒徑螢光粉在點膠過程中容易出現螢光粉沉降的問題，使得螢光粉在膠體中的分布不均勻，由此導致封裝出的白光LED出現顏色偏差，就是通常所說的黃圈現象。在其它技術方案中，塗膠也可以通過保型塗覆技術LED晶片表面塗覆非常均勻的螢光粉層，但是，由於藍光LED晶片本身的發光強度在空間的分布具有不等值的特點，對於保型塗覆而言，強度值較大的藍光通過中心區域螢光粉層的距離比通過邊緣區域螢光粉層的距離短，由此導致中心區域色溫值高而邊緣區域色溫值低，同樣會出現顏色偏差的問題。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題就在於:針對現有技術存在的不足，本發明提供一種白光LED封裝工藝，使用該工藝封裝的LED能夠獲得較好的空間顏色均勻性。
[0005]為實現上述目的，本發明的白光LED封裝工藝包括在LED晶片上形成第一螢光粉層的步驟，還包括形成第二螢光粉層的步驟。現有技術中，為了解決螢光粉沉降的問題，本領域的普通技術人員一般考慮使用螢光粉沉降、離心沉澱等方法來提高LED的顏色均勻性，但是由於這些手段需要精確控制沉降、離心的速度和時間問題，如果控制不好，不僅不能提高顏色均勻性，還可能影響LED的發光效率。在長期的實踐和探索中，發明人提出了增設第二螢光粉層的方案，該方案中採用納米級的無機螢光粉顆粒、量子點或有機發光材料等材料作為第二螢光粉層模封在LED上，可以有效克服螢光粉的沉降問題，提高LED顏色均勻性。
[0006]進一步，上述形成第二螢光粉層的步驟為:將第二螢光粉膠模封在第一螢光粉層上，其中，第二螢光粉膠包括第二螢光粉和第二膠體，第二螢光粉粒徑小於I μ m。其中，本方案中的模封為LED封裝時常用的模封方式，其具體是指將第二螢光粉膠放置在模型中，模型及其內的第二螢光粉膠對LED晶片及其上之前塗覆的第一螢光粉層的進行密封，模封完後，第二螢光粉膠形成的第二螢光粉層的形狀與模型的形狀相同。
[0007]進一步，上述第二螢光粉為無機螢光粉、量子點、有機發光材料三者中的一種或多種，可根據任意比例配置，其配比不影響空間顏色均勻性，上述第二螢光粉和第二膠體質量比例不高於5:100，防止影響LED的發光效果。本方案中的量子點為常用的尺寸小於或者接近于波爾半徑、具有明顯的量子效應的納米顆粒，例如CdS、ZnS、CdSe等，其可以被激發發光，具有光化學穩定性高等優點，廣泛應用於發光器件中；無機螢光粉為LED封裝用的常規無機螢光粉，可以為釔鋁石榴石體系螢光粉、矽酸鹽螢光粉、氮化物或氮氧化物螢光粉等；有機發光材料為可以被420nnT470nm藍光有效激發的有機材料，例如羅丹明類染料、香豆素類染料、芴類染料或芪類染料等。
[0008]進一步，上述白光LED封裝工藝還包括二次烘烤步驟，該步驟具體為:將形成了第二螢光粉層的LED晶片放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出。
[0009]進一步，上述在LED晶片上形成第一螢光粉層的步驟為將第一螢光粉膠塗覆在LED晶片上，該第一突光粉膠包括第一突光粉和第一膠體，其中第一突光粉與第一膠體的質量比例為3:100-10:100，第一螢光粉為粒徑為X的白光LED螢光粉，其中，8 μ m = X = 20 μ m ;在形成第一螢光粉層和形成第二螢光粉層步驟之間還包括烘烤步驟:將塗覆有第一螢光粉膠的LED晶片放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出。本方案中，烘烤步驟和二次烘烤步驟所採用的烘烤方式與現有的LED封裝中使用的烘烤方式相同，只是其烘烤時間為1-3小時，烘烤溫度為100-150攝氏度；本步驟中的白光LED螢光粉是指現有白光LED封裝過程中使用的螢光粉，其可以為釔鋁石榴石螢光粉、矽酸鹽螢光粉、氮化物螢光粉等；上述第一膠體和第二膠體為矽膠或環氧膠。
[0010]進一步，在LED晶片上形成第一螢光粉層的步驟具體包括:
(a-Ι)配置第一突光粉膠:選擇第一膠體100份、粒徑為X的白光LED突光粉3_10份，其中，8μπι=χ = 20 μ m，混 合併攪拌均勻、除氣，獲得第一螢光粉膠；
(a-2)塗覆:將第一螢光粉膠採用點膠方式或保型塗覆方式塗覆在LED晶片上。
[0011]進一步，上述形成第二螢光粉層的步驟包括:
(b-Ι)配置第二螢光粉膠:選擇粒徑小於I μ m的無機螢光粉、量子點、有機發光材料三者中的一種或多種作為第二突光粉，取第二膠體100份、第二突光粉5份以下,混合併攪拌均勻、除氣，獲得第二螢光粉膠；
(b-2)模封:將第二螢光粉膠模封在塗覆有第一螢光粉膠並經烘烤步驟處理後的LED晶片上。
[0012]進一步，為使第二螢光粉層更好地調整藍光的吸收從而提高LED顏色均勻性，步驟(b-2)中採用半球形透鏡外殼將第二螢光粉膠模封在烘烤後的LED晶片上，在第一螢光粉層上方形成半球狀第二突光粉層。
[0013]進一步，上述第二螢光粉膠中，第二螢光粉與第二膠體的質量比例不高於3:100,可以在完全不影響LED發光效率的情況下有效克服螢光粉沉降問題。
[0014]進一步，上述第一突光粉的粒徑為15 μ m ;第一突光粉與第一膠體的質量比例為7:100 ;上述第二螢光粉的粒徑為300nm ;第二螢光粉與第二膠體的質量比例為1:100。本方案中，第一螢光粉和第二螢光粉粒徑的選擇以及與膠體的質量比例選擇，可以使得白光LED的空間色溫偏差降到一個非常低的程度，可低至±50K以內，獲得較佳的空間顏色均勻性。
[0015]相對於現有技術，本發明的有益效果為:本發明通過兩種粒徑螢光粉的搭配使用，可以非常容易的獲得空間顏色均勻性很好的白光LED產品。其中，第一螢光粉層使用大粒徑螢光粉，使LED保持足夠的亮度，第二螢光粉層使用粒徑為納米量級的無機螢光粉顆粒、量子點或有機發光材料，可以有效克服螢光粉的沉降問題，並且第二螢光粉層具有半球結構，可以很好的調整藍光的吸收來提高LED顏色均勻性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1、實施例2和實施例4的LED剖面結構圖；
圖2為實施例3中的LED剖面結構圖。
[0017]圖例說明:1、基板；2、LED晶片；3、第一螢光粉層；4、第二螢光粉層；5、透鏡外殼。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。
[0019]【實施例1】 一種白光LED封裝工藝，包括以下步驟:
Ca)將藍光LED晶片2在基板I上固晶、焊線；
(b)配製第一螢光粉膠:選擇粒徑8μ m的商用黃色螢光粉YAG-04混合在信越5547矽膠中，螢光粉與膠的比例為10:100，攪拌、除氣，獲得第一螢光粉膠；
(c)將第一螢光粉膠採用保型塗覆方法在LED晶片2上形成第一螢光粉層3；
Cd)將塗覆有第一螢光粉層3的LED晶片2放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出；
Ce)配製第二螢光粉膠:將粒徑為300nm的YAG = Ce無機螢光粉混合在道康寧6650矽
膠中，YAG = Ce螢光粉與道康寧6650矽膠的比例控制在5:100，攪拌、除氣，獲得第二螢光粉膠；
Cf)將第二螢光粉膠通過半球形透鏡外殼模封在步驟(d)中塗覆有第一螢光粉層3並固化後的LED晶片2上，在第一螢光粉層3上方形成半球狀第二螢光粉層4，其剖面結構圖見圖1，圖1中第二螢光粉層4外即為LED的透鏡外殼5 ；
(g)將步驟(f)的半成品放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出。
[0020]本實施例封裝的白光LED產品其空間色溫偏差在±200K以內，具有極佳的空間顏色均勻性。
[0021]【實施例2】
一種白光LED封裝工藝，包括以下步驟:
Ca)將藍光LED晶片2在基板I上固晶、焊線；
(b)配製第一螢光粉膠:將粒徑10μ m的商用黃色螢光粉YAG-04與橙色螢光粉05742(黃色螢光粉YAG-04與橙色螢光粉05742的比例為7:3)混合在信越5547矽膠中，螢光粉與膠的比例為6.5:100，攪拌、除氣，獲得第一螢光粉膠；
(c)將第一螢光粉膠採用點膠塗覆方法在LED晶片2上形成第一螢光粉層3；(d)將塗覆有第一螢光粉層3的LED晶片2放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出；
Ce)配製第二螢光粉膠:將粒徑為5nm的CdS量子點混合在道康寧6650矽膠中，螢光
粉與膠的比例控制在3:100，攪拌、除氣，獲得第二螢光粉膠；
(f)將第二螢光粉膠通過半球形透鏡外殼模封在步驟(d)中塗覆有第一螢光粉層3並固化後的LED晶片2上，在第一螢光粉層3上方形成半球狀第二螢光粉層4，其剖面結構圖見圖1 ;
(g)將步驟(f)的半成品放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出。
[0022]本實施例封裝的白光LED產品其空間色溫偏差在±200K以內，具有極佳的空間顏色均勻性。
[0023]【實施例3】
一種白光LED封裝工藝，包括以下步驟:
Ca)將藍光LED晶片在基板上固晶、焊線；
(b)配製第一螢光粉膠:將粒徑20μ m的商用黃色螢光粉YAG-04與氮化物紅色螢光粉(黃色螢光粉YAG-04與氮化物紅色螢光粉的比例為6:4)混合在環氧膠中，螢光粉與膠的比例為3:100，混合、攪拌、除氣，獲得第一螢光粉膠；
(c)將第一螢光粉膠採用點膠塗覆方法在LED晶片2上形成第一螢光粉層3；
Cd)將塗覆有第一螢光粉層3的`LED晶片2放入烘箱中固化，烘烤時間為1-3小時，烘烤溫度為100-150攝氏度，冷卻至室溫後取出；
(e)配製第二螢光粉膠:將有機發光材料R-6G溶解在第二膠體一模封膠中，螢光粉與膠的比例控制在2:100，攪拌、除氣，獲得第二螢光粉膠；
Cf)將第二螢光粉膠用模封機直接在步驟(d)中塗覆有第一螢光粉層3的LED晶片2上模封成透鏡，在第一突光粉層3上方形成半球狀第二突光粉層4,即可獲得具有極佳空間顏色均勻性的白光LED產品，產品剖面圖見圖2。
[0024]本實施例封裝的白光LED產品其空間色溫偏差在±200K以內，具有極佳的空間顏色均勻性。
[0025]【實施例4】
一種白光LED封裝工藝，包括以下步驟:
Ca)將藍光LED晶片2在基板I上固晶、焊線；
(b)配製第一螢光粉膠:選擇粒徑15μ m的商用黃色螢光粉YAG-04混合在信越5547矽膠中，螢光粉與膠的比例為7:100，攪拌、除氣，獲得第一螢光粉膠；
(c)將第一螢光粉膠採用保型塗覆方法在LED晶片2上形成第一螢光粉層3；
Cd)將塗覆有第一螢光粉層3的LED晶片2放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出；
Ce)配製第二螢光粉膠:將粒徑為300nm的YAG:Ce螢光粉混合在環氧膠中，螢光粉與
膠的比例控制在1: 100，除氣，獲得第二螢光粉膠；
Cf)將第二螢光粉膠通過半球形透鏡外殼模封在步驟(d)中塗覆有第一螢光粉層3的LED晶片2上，在第一螢光粉層3上方形成半球狀第二螢光粉層4，其剖面結構圖見圖1 ;
(g)將步驟(f)的半成品放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出，即可獲得具有極佳空間顏色均勻性的白光LED產品，本實施例中的白光LED的空間色溫偏差在± 50K以內。
[0026]【對比例】本對比例是實施例1至4與現有技術中常用LED封裝工藝的對比，通過對比例可以看出，本發明的LED封裝工藝可以使白光LED的空間色溫偏差降低到±200K以內，而現有技術的封裝工藝的空間色溫偏差在±900Κ以上，使用本發明的封裝工藝獲得的空間顏色均勻性更好。
[0027]
【權利要求】
1.白光LED封裝工藝，包括在LED晶片(2)上形成第一螢光粉層(3)的步驟，其特徵在於，還包括形成第二螢光粉層(4)的步驟。
2.根據權利要求1所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述形成第二螢光粉層(4)的步驟為:將第二螢光粉膠模封在第一螢光粉層(3)上，所述第二螢光粉膠包括第二螢光粉和第二膠體，所述第二螢光粉粒徑小於I μ m。
3.根據權利要求2所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述第二螢光粉為無機螢光粉、量子點、有機發光材料三者中的一種或多種；所述第二螢光粉和第二膠體質量比例不高於 5:100。
4.根據權利要求3所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，還包括二次烘烤步驟，該步驟具體為:將形成了第二螢光粉層(4)的LED晶片(2)放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出。
5.根據權利要求4所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述在LED晶片(2)上形成第一螢光粉層(3)的步驟為將第一螢光粉膠塗覆在LED晶片(2)上，所述第一螢光粉膠包括第一螢光粉和第一膠體，其中第一螢光粉與第一膠體的質量比例為3:100-10:100，所述第一螢光粉為粒徑為X的白光LED螢光粉，其中，8μπι = X ^ 20 μ m;在形成第一螢光粉層(3)和形成第二螢光粉層(4)步驟之間還包括烘烤步驟:將塗覆有第一螢光粉膠的LED晶片(2)放入烘箱中固化，冷卻至室溫後取出。
6.根據權利要求5所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述在LED晶片(2)上形成第一螢光粉層(3)的步驟具體`包括: (a-Ι)配置第一突光粉膠:選擇第一膠體100份、粒徑為X的白光LED突光粉3_10份，其中，8μπι = χ = 20 μ m，混合併攪拌均勻、除氣，獲得第一螢光粉膠； (a-2)塗覆:將第一螢光粉膠採用點膠方式或保型塗覆方式塗覆在LED晶片(2)上。
7.根據權利要求5所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述形成第二螢光粉層(4)的步驟具體包括: (b-Ι)配置第二螢光粉膠:選擇粒徑小於I μ m的無機螢光粉、量子點、有機發光材料三者中的一種或多種作為第二突光粉，取第二膠體100份、第二突光粉5份以下,混合併攪拌均勻、除氣，獲得第二螢光粉膠； (b-2)模封:將第二螢光粉膠模封在塗覆有第一螢光粉膠並經烘烤步驟處理後的LED晶片(2)上。
8.根據權利要求7所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，步驟(b-2)中，採用半球形透鏡外殼將第二螢光粉膠模封在烘烤後的LED晶片(2)上，在第一螢光粉層(3)上方形成半球狀第二突光粉層(4)。
9.根據權利要求5至7任一所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述第二螢光粉膠中，第二螢光粉與第二膠體的質量比例不高於3:100。
10.根據權利要求5至7任一所述的白光LED封裝工藝，其特徵在於，所述第一螢光粉的粒徑為15 μ m ;第一螢光粉與第一膠體的質量比例為7:100 ;所述第二螢光粉的粒徑為300nm ;第二螢光粉與第二膠體的質量比例為1:100。
【文檔編號】H01L33/50GK103489996SQ201310403054
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】馬文波, 王建全, 梁麗, 陳可 申請人:四川柏獅光電技術有限公司