基於上轉換材料的led及其封裝方法

2023-05-31 05:00:26 2

專利名稱：基於上轉換材料的led及其封裝方法
技術領域：
本發明涉及光電技術應用領域，具體涉及基於上轉換材料的LED及其封裝方法。
背景技術：
隨著半導體技術及エ藝的飛速發展，發各種色光的LED相繼誕生。1993年，第一隻藍光LED出現，1996年，第一隻白光LED出現，使得LED的色彩在整個可見光的範圍內都得以實現。白光LED的發光效率不斷提高，具有無汙染、低功耗、高可靠、長壽命等優點，是ー種符合環保、節能的緑色照明光源。使白光LED的應用領域，從傳統的指示領域向照明領域轉移，將取代白熾燈(Incandescent Lamp)和突光燈(Fluorescent Lamp)成為第四代光源。正因如此，使得白光LED的研究成為熱點。目前，實現白光LED各種途徑中，使用螢光粉與LED結合產生白光佔了相當大的比例，其中以藍光LED晶片與黃色螢光粉結合產生白光的方法已適用於產線進行批量生 產，這些PC-LED (Phosphor Conversing LED)所用的各種螢光粉，在光致發光過程中，都是遵從stokes定律的，即螢光粉在受到短波長光(高能量光)的激發，發射出長波長的光(低能量光)，這類材料稱為下轉換材料。上轉換材料正好與下轉換材料相反，在光致發光過程中，是遵從反stokes定律的，即螢光粉在受到長波長光(低能量光)的激發，發射出短波長的光(高能量光)。該類上轉換材料應用涉及短波長雷射、紅外探測與顯示、生物標記、光學通訊、防偽等領域，是ー種紅外光激發下能發出可見光的發光材料，即將紅外光轉換成可見光的材料，現在這類螢光粉的研究較多。例如，中國專利文獻公開號為CN101016459，
公開日2007年8月15日的發明專利，公開了ー種白色上轉換材料及其製備方法，它含稀土摻雜NaYF4化合物的配合料，該配合料以NaF、YF3為基礎，加入敏化劑YbF3，共摻入激活劑ErF3、TmF3，將配合料用固相反應製成產品並獲得具有組成化學式的化合物=NaY1-XjzTmxErYYbzF4其中X為0. 001至0. 005 ;Y為
0.001至0. 004 ；Z為0. 20至0. 25。它依據紅、綠、藍三基色的螢光強度比必須達到合適值的色度學原理，基於Er、Tm離子之間能量傳遞理論，利用NaYF4為基質的各種稀土離子的光譜發射特性，採用單一的NaYF4基質，通過多摻雜方式及簡單而又低成本的製備エ藝，應用紅外光激發，成功實現了含稀土摻雜NaYF4化合物上轉換材料的白色光輸出。雖然目前這類螢光粉，但是目前沒有具體講這類螢光粉應用於LED領域的具體操作應用，採用這類上轉換螢光粉應用於LED領域中，可以擴大LED原材料的領域，以滿足目前社會發展對LED生產需求。

發明內容
本發明的目的是提供ー種效果很好的基於上轉換材料的LED及其封裝方法，其中是通過選擇適當紅外LED或紅光LED作為激勵源，選擇激發譜和發射譜與激勵源匹配的上轉換螢光粉，並調整螢光粉的配比，在晶片的表面上得到螢光粉層，最後灌膠成型得到白光LED器件，通過該方法製備出的白光LED器件質量很好，使用壽命長。
本發明所提出的技術問題是這樣解決的
基於上轉換材料的LED，其特徵在於包括紅光LED或紅外LED晶片，紅光LED或紅外LED晶片連接有金線或者鋁線，所述紅光LED或紅外LED晶片外部封裝有上轉換螢光粉層；所述紅光LED晶片採用發射峰波為600-650nm的紅光LED晶片，或紅外LED晶片採用發射峰波為920-1040nm的紅外LED晶片；所述上轉換螢光粉層是由紅色螢光粉、綠色螢光粉、藍色螢光粉中的ー種或者按照一定配比混合形成的多種螢光粉層，所述一定配比是按重量比為:0. 05 I: 0. 05 I: 0. 05 I。基於上述LED的封裝方法，其特徵在於包括以下步驟 ①選用發射峰波為600-650nm的紅光LED晶片或發射峰波為920_1040nm的紅外LED晶片，並在相應的支架上完成固晶焊線；
②選用激發譜和發射譜與步驟①中所述LED晶片匹配的上轉換螢光粉，上轉換螢光粉將LED晶片的紅光或紅外線吸收後轉化為可見光，所述的上轉換螢光粉按重量比廣4:5 7:廣4的配比混合成白光；
③將步驟②中配比混合得到的上轉換螢光粉與膠體按重量比為0.05、. 3 1的比例混合，並攪拌8 15分鐘，使得上轉換螢光粉與膠材混合均勻形成混合液，通過真空箱對混合液進行抽真空，抽真空後的混合液再進行脫泡形成螢光膠；
④根據步驟①中支架上的碗杯大小取適量步驟③得到螢光膠沉積到碗杯內，然後固化或光刻；
⑤灌膠固化成型。按照上述提供的封裝方法，步驟①中選擇的紅光LED或紅外LED晶片，其發射峰波分別為600-650nm，和920_1040nm，可以是功率型的晶片，也可以是小功率的半導體發光晶片。並且，步驟①中選擇的支架可以是適合於大功率LED封裝的銅柱的、陶瓷的等材質的支架，或者是適合中小功率封裝的SMD結構、TOP結構等結構的支架。按照上述提供的封裝方法，步驟①中固晶焊線時選用的固晶膠為大小功率LED各型號固晶專用的銀漿或絕緣膠，也可以是共晶焊接或COB結構，選用金線(大功率用)或鋁線(小功率用)完成焊線。按照上述提供的封裝方法，步驟②中選用的上轉換螢光粉能將吸收的紅光或紅外線轉化為可見光，可以是具有上轉換特性的紅色螢光粉、綠色螢光粉、藍色螢光粉中的ー種或多種，按照一定的配比可以使發射的可見光能混合成白光。所述上轉換螢光粉可以採用稀土無機物製成的上轉換螢光粉，稀土無機物可以是以NaF、YF3為基礎，加入敏化劑YbF3,共摻入激活劑ErF3、TmF3的稀土無機物。按照上述提供的封裝方法，步驟③中所述的膠材，可以是矽膠類膠體或環氧類膠體，也可以是具有曝光特性的光刻膠。按照上述提供的封裝方法，步驟④中，將已完全脫泡的混有上轉換螢光粉的螢光膠取適量沉積在支架的碗杯內，井覆蓋晶片，沉積的方式可以是傳統的點膠方式進行直接固化，也可以通過光刻エ藝形成平面的具有保形結構的上轉換螢光粉層。按照上述提供的封裝方法，步驟⑤中所述的灌膠成型，可以是用PC透鏡、矽膠透鏡、玻璃透鏡等透鏡成型，也可以是通過模封的矽膠成型。按照上述提供的封裝方法，可以採用單晶片封裝，也可以採用多晶片(晶片數量彡2PCS)集成封裝。本發明的有益效果如下
本發明可以採用上轉換材料製成LED，並且利用LED實現可見光提供了新的封裝方法，通過選擇適當紅外LED (發射峰值波長為920-1040nm)或紅光LED (發射峰值波長為600-650nm)作為激勵源，利用上轉換螢光粉，選擇激發譜和發射譜與激勵源匹配的上轉換螢光粉，調整紅、綠、藍上轉化螢光粉中的一種或多種螢光粉的配比，與有機矽膠混合均勻後，在LED晶片的表面上得到螢光粉層，從而得到需要的光色；該方法擴寬了 LED的原材料領域。


圖I為本發明將銀漿或共晶焊料塗布在支架上的示意圖
圖2為本發明將紅光LED或紅外LED晶片通過固晶膠或共晶焊料粘接的示意圖 圖3為本發明對已固好的晶片焊線後的示意圖 圖4為本發明固化有上轉換螢光粉層的LED示意圖 圖5為本發明具有保形結構的上轉換螢光粉層的LED示意圖
附圖標記如下1 一支架；2—銀眾；3一紅光LED或紅外LED晶片；4一金線或招線；5—上轉換螢光粉層；6—具有保形結構的上轉換螢光粉層。
具體實施例方式下面結合附圖1-具體實施方式
對本發明作進ー步的詳細描述。實施例I
如圖1-5所示，選用發射波長為940-945nm、發射功率為33_37mW的大功率LED晶片3，用銀漿2固定在TOP陶瓷的大功率支架I上，完成固晶固化後，再用I. 25mil的金線4完成焊線。用電子天平稱量發射波長為610_630nm的紅色上轉換突光粉12mg,發射波長為530-560nm綠色上轉換螢光粉45mg，發射波長為430_470nm藍色上轉換螢光粉12mg，大功率封裝用矽膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使三種螢光粉5與矽膠充分混合均勻，然後在真空機裡脫泡，得到了均勻混有螢光粉的矽膠(螢光膠)。將螢光膠點在上述固晶焊線好的大功率支架I的碗杯中，所用螢光膠的膠量可以根據要求改變，點完螢光膠後，在120°C的烤箱裡烘烤3小時，完成螢光膠的固化，使形成具有保形結構的上轉換螢光粉層6。實施例2
選用發射波長為980-985nm、發射功率為10_14mW的小功率LED晶片，用銀漿固定在3528貼片支架上，完成固晶固化後，再用Imil的金線完成焊線。用電子天平稱量發射波長為610_630nm紅色上轉換突光粉IOmg,發射波長為530-560nm綠色上轉換螢光粉50mg，發射波長為430_470nm藍色上轉換螢光粉10mg，LED封裝用矽膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使三種螢光粉與矽膠充分混合均勻，然後在真空機裡脫泡，得到了均勻混有螢光粉的矽膠(螢光膠)。 將螢光膠點在上述固晶焊線好的3528貼片支架的碗杯中，所用螢光膠的膠量可以根據要求改變，點完螢光膠後，在100°c的烤箱裡烘烤5小時，完成螢光膠的固化，使形成具有保形結構的上轉換螢光粉層6。實施例3
選用發射波長為940-945nm、發射功率為33_37mW的大功率LED晶片，用銀漿固定在5074的大功率支架上，完成固晶固化後，再用I. 25mil的金線完成焊線。用電子天平稱量發射波長為610_630nm紅色上轉換突光粉12mg,發射波長為530-560nm綠色上轉換螢光粉45mg，發射波長為430_470nm藍色上轉換螢光粉12mg，按照專利CN200710049612實施例ニ的方法配得PVA和ADC的混合溶液，取其混合溶液0. 5ml與稱 得的三種螢光粉混合均勻得到含有螢光粉的感光膠懸浮液(粉漿)，再根據其方法曝光顯影后得到保形結構的上轉換螢光粉層。稱量大功率封裝用矽膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，然後在真空機裡脫泡，得到了均勻的大功率封裝矽膠。將大功率封裝矽膠點在上述保形結構的LED支架的碗杯中，所用的膠量可以根據要求改變，點完螢光膠後，在120°C的烤箱裡烘烤3小時，完成螢光膠的固化，使形成具有保形結構的上轉換突光粉層6。實施例4
選用發射波長為980-985nm、發射功率為10_14mW的小功率LED晶片，用銀漿固定在3528貼片支架上，完成固晶固化後，再用Imil的金線完成焊線。用電子天平稱量發射波長為610_630nm紅色上轉換突光粉20mg,發射波長為530-560nm綠色上轉換螢光粉40mg，LED封裝用矽膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使螢光粉與矽膠充分混合均勻，然後在真空機裡脫泡，得到了均勻混有螢光粉的矽膠(螢光膠)。將螢光膠點在上述固晶焊線好的3528貼片支架的碗杯中，所用螢光膠的膠量可以根據要求改變，點完螢光膠後，在100°c的烤箱裡烘烤5小時，完成螢光膠的固化，使形成具有保形結構的上轉換螢光粉層6。實施例5
選用發射波長為980-985nm、發射功率為10_14mW的小功率LED晶片，用銀漿固定在草帽燈支架上，完成固晶固化後，再用Imil的鋁線完成焊線。用電子天平稱量發射波長為610_630nm紅色上轉換突光粉IOmg,發射波長為530-560nm綠色上轉換螢光粉60mg，發射波長為430_470nm藍色上轉換螢光粉30mg，LED封裝用矽膠A膠和B膠各0. 5g，攪拌約10分鐘，使三種螢光粉與矽膠充分混合均勻，然後在真空機裡脫泡，得到了均勻混有螢光粉的矽膠(螢光膠)。將螢光膠點在上述固晶焊線好的草帽燈貼片支架的碗杯中，所用螢光膠的膠量可以根據要求改變，點完螢光膠後，在100°c的烤箱裡烘烤5小時，完成螢光膠的固化，使形成具有保形結構的上轉換螢光粉層6。
權利要求
1.基於上轉換材料的LED，其特徵在於包括紅光LED或紅外LED晶片(3)，紅光LED或紅外LED晶片(3)連接有金線或者鋁線，所述紅光LED或紅外LED晶片(3)外部封裝有上轉換螢光粉層(5);所述紅光LED晶片(3)採用發射峰波為600-650nm的紅光LED晶片，或紅外LED晶片(3)採用發射峰波為920-1040nm的紅外LED晶片；所述上轉換螢光粉層(5)是由紅色螢光粉、綠色螢光粉、藍色螢光粉中的ー種或者按照一定配比混合形成的多種螢光粉層，所述一定配比是按重量比為0. 05 I: 0.05 I: 0.05 I。
2.基於上轉換材料的LED的封裝方法，其特徵在於包括以下步驟 ①選用發射峰波為600-650nm的紅光LED晶片(3)或發射峰波為920_1040nm的紅外LED晶片(3)，並在相應的支架(I)上完成固晶焊線； ②選用激發譜和發射譜與步驟①所述LED晶片(3)匹配的上轉換螢光粉，上轉換螢光粉將LED晶片(3)的紅光或紅外線吸收後轉化為可見光，所述的上轉換螢光粉按重量比廣4:5 7:廣4的配比混合成白光； ③將步驟②中配比混合得到的上轉換螢光粉與膠體按重量比為0.05、. 3 1的比例混合，並攪拌8 15分鐘，使得上轉換螢光粉與膠材混合均勻形成混合液，再對混合液進行抽真空處理，抽真空後的混合液再進行脫泡形成螢光膠； ④根據步驟①中支架(I)上的碗杯大小取適量步驟③得到螢光膠沉積到碗杯內，然後覆蓋晶片(3)進行固化或光刻； ⑤灌膠固化成型。
3.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於所述紅光LED或紅外LED晶片(3)是功率型的晶片，或者是小功率的半導體發光晶片。
4.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於步驟①中所述支架(I)採用適合大功率LED封裝的銅柱或陶瓷支架，或者採用適合中小功率封裝的SMD結構、TOP結構支架。
5.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於用於步驟①中固晶焊線的固晶膠是適用於各種功率LED的銀漿(2)或絕緣膠，或者採用共晶焊接或COB結構，選用金線或鋁線(4)完成焊線。
6.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於所述的上轉換螢光粉是由稀土無機物製成的上轉換螢光粉，具有將吸收的紅光或紅外線轉化為可見光的上轉換特性。
7.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於步驟③中所述的膠材採用矽膠類膠體或環氧類膠體，或者採用具有曝光特性的光刻膠。
8.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於步驟④中所述的沉積的方式採用點膠方式直接固化，或者通過光刻エ藝形成平面的具有保形結構的上轉換螢光粉層(6 )。
9.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於步驟⑤中所述的灌膠固化成型是採用透鏡成型或者通過模封的矽膠成型。
10.根據權利要求2所述的封裝方法，其特徵在於所述封裝方法採用單晶片封裝，或者多晶片集成封裝，採用多晶片集成封裝時晶片數量> 2PCS。
全文摘要
本發明公開了基於上轉換材料的LED及其封裝方法，該LED是通過紅光LED或紅外LED晶片連接金線或者鋁線，晶片外部封裝上轉換螢光粉層；所述晶片是發射峰波為600-650nm的紅光LED晶片或發射峰波為920-1040nm的紅外LED晶片；上轉換螢光粉層是紅色螢光粉、綠色螢光粉、藍色螢光粉中的一種或者按重量比為0.05~1:0.05~1:0.05~1混合的多種螢光粉層；封裝過程為選擇晶片和上轉換螢光粉，固晶、焊線，配製螢光膠，將螢光膠點在晶片表面進行固化或光刻，灌膠成型；本發明採用上轉換材料製成LED，並利用LED實現可見光提供一種封裝方法，得到需要的光色，並擴寬了LED的原材料領域。
文檔編號H01L33/48GK102646780SQ20121014373
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者錢廣 申請人:四川恩萊特光電科技有限公司