专利名称：一种在led芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法
技术领域：
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种在LED芯片表面制备荧光粉薄膜 层的方法。
背景技术：
白光发光二极管由于其具有效率高；功耗小；寿命长；发光质量高；光色 纯；可靠性高；驱动电压低；结构牢固；绿色环保；应用灵活等众多优点，预 计将成为继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明光源，具有重大的发展潜力。利 用LED芯片激发荧光粉的光致转换的方法是目前LED实现白光的主要途径，一 种是在蓝光芯片上涂覆钇铝石榴石(Z4G:C,)荧光粉，利用芯片所发出的部分 未被吸收蓝光与荧光粉受激发射的黄绿光混合成白光； 一种是用紫外LED激发 RGB三基色荧光粉，空间混色形成白光。对于光致转换的白光LED，荧光粉层 的结构、特性对器件的性能有重大的影响。
在传统显示器件(如CRT、 PDP等)制备工艺中，都涉及到荧光粉层的涂 覆。目前较成熟的制备荧光粉层的方法主要有沉淀法(settlingmethod)、电泳沉 淀法(EPD)、粉浆法(slurry method)等。而对于白光LED的荧光粉层制备中， 目前主要采用将荧光粉颗粒与透明胶体(如环氧胶、硅胶等)混合，通过灌封、 喷涂等工艺在LED出光面涂覆荧光粉与胶体的混合层。这些工艺的不足之处在 于很难控制荧光粉层的形状和厚度均匀性，影响器件的光通量和白光均匀性。 且混合荧光粉的胶体有一定的衰减性，对白光产品的寿命也有影响。
专利US6756186B2中采用自排列(self-aligned)与自曝光(self-exposed)感 光胶的方式在芯片表面形成荧光粉层。该方案主要通过光学曝光显影的方法， 控制所形成的荧光粉层的形状，主要有两种方案， 一种是先在芯片表面涂覆一 层正性感光胶，通过自曝光的方式，显影后，使感光胶形成固定的图案，将芯
片表面需要涂覆荧光粉的部分暴露出来，然后沉淀荧光粉层，最后去掉未曝光 感光胶。另一种是直接将荧光粉与透明感光胶混合，如负性胶体，通过自曝光 后，将曝光的图案部分留下，形成的是荧光粉颗粒混合在负性胶体里的荧光粉 层。这种方案有利于实现芯片表面荧光粉层的平面结构和厚度均匀。从而有利 于提高产品光通量，改善白光光斑的均匀性。但此专利方案一没有考虑沉淀荧
光粉层对芯片表面的附着力， 一般来讲，沉淀法的附着力是较差的；方案二没
有考虑感光胶层引入对芯片及器件性能带来的影响，胶体的折射率、透光性、 衰减性、热稳定性及在芯片表面的粘附性等都会对器件性能带来重要的影响。
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种在LED芯片表面制备荧光粉薄 膜层的方法，该方法与现在主流的灌封工艺和喷涂工艺相比，能够使所形成的 荧光粉层形状可控、厚度可控、均匀性一致好，并改善荧光粉层与芯片表面的 粘附性，提高光出射率，保护芯片，对芯片与粉层外部的空气、水分等有隔绝 作用，且能抗UV、抗腐蚀。
本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种在LED芯片表面制备荧
光粉薄膜层的方法，包括以下步骤
① 荧光粉层形状的控制将LED芯片上电极部分通过感光胶体遮挡住，形 成电极遮挡部分，只留下需要荧光粉覆盖的芯片发光区域；
② 制备荧光粉层在LED芯片上未遮挡部分制备成厚度一致且均匀的荧光 粉层；
③ 去除电极遮挡部分将遮挡部分去除，得到固定形状的荧光粉层；
④ 再形成电极遮挡部分重复步骤①，将LED芯片上电极部分通过感光胶 体遮挡形成电极遮挡部分，暴露出己形成的荧光粉层，并留出相应空间；
⑤ 涂敷保护胶体层在步骤④所形成的荧光粉层区域内，涂敷厚度均匀的 透明保护胶体层；
⑥去除电极遮挡部分除去电极遮挡部分，得到包裹一层透明胶体的荧光 粉层LED芯片结构。
按照本发明所提供的在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，其特征在 于，在步骤①和④中，电极遮挡部分可以采取以下两种方法中的任意一种来制
备
A、 直接在电极部分设置感光胶体遮挡，留出需要荧光粉覆盖的芯片发光区
域；
B、 在整个芯片上涂敷均匀一致的感光胶体，然后在感光胶体上覆盖掩模板， 所述掩模板的形状与LED芯片形状相同或者对应，感光胶体感光后通过显影剂 分别形成溶解于显影剂的部分和不溶解于显影剂的部分，不溶解的剩余部分形 成电极遮挡部分。
按照本发明所提供的在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，其特征在 于，在步骤②中荧光粉层制备采用沉淀法(settling method)、电泳沉积法 (ElectrophoreticDeposition)和粉浆法(slurrymethod)中的一种。。
按照本发明所提供的在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，其特征在 于，在步骤⑤中，所述透明保护胶体层胶体可选用硅胶、环氧树脂和PVA高分 子材料中的一种，胶体固化方式以是自然固化、热固化和光照固化中的一种。
本发明的技术方案主要是在芯片表面形成形状、厚度、均匀性一致的荧光 粉层后，在粉层上涂敷一层柔性的、具有高的光透过率、满足一定折射率、抗 UV、防水汽、防腐蚀的保护层，该层能改善荧光粉层与芯片的粘附性，提高光 出射率，提高产品稳定性及寿命。本发明可应用于白光LED的荧光粉层的制备 过程中，由于其具有保护芯片的作用，相当于对荧光粉层有一定的密封保护作 用，既可以应用于已切割的LED芯片上，主要适用于LED封装企业，也可以应 用于LED晶片切割之前，在LED芯片表明形成荧光粉层后，再进行芯片切割， 具有很高的可重复操作性及量产性。
图1是利用本发明实现具有均匀保护层的荧光粉层结构的过程示意图； 图2是利用感光胶体实现遮挡层以控制荧光粉层形状的过程示意图； 图3是利用感光胶体实现遮挡层以控制透明保护层形状的过程示意图； 图4为利用电泳沉积的方法实现荧光粉结构层的示意图。 其中，1、 LED芯片，2、衬底，3、 P引线电极，4、 N引线电极，5、遮 挡层，6、荧光粉层，7、遮挡层，8、透明保护层，9、感光胶体，10、感光胶 体，11、透明导电层，9a、感光后溶解于显影液的部分，9b、感光后不溶解的剩 余部分，10a、感光后溶解于显影液的部分，10b、感光后不溶解的剩余部分。
具体实施例方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步的说明。 实现荧光粉层，并在荧光粉层上涂敷一层透明保护层的过程由图1所示。 图la为芯片结构，LED芯片1倒装焊接在一衬底2上，P引线电极3和N 引线电极4都位于芯片上方的同一方向，也可以采用正装芯片，芯片的下方是 负极，上方是正极。
图lb所示是控制粉层形状，遮挡层5将芯片上不需要涂敷荧光粉的部分遮 挡住，只留下需要荧光粉覆盖的芯片发光区域。遮挡层5必须覆盖芯片上的P 引线电极3和N引线电极4部分，以不妨碍芯片以后的封装过程中连接引线的 工艺，遮挡层5可以用粘贴的方式，或涂敷一层感光胶体，通过光学曝光、显 影控制剩余胶体的形状，感光胶体可以是正性胶体、或负性胶体。
图lc是荧光粉层的制备，荧光粉层6涂敷在遮挡层5未遮挡的部分，可通 过沉淀、电泳沉积、粉浆法等用于CRT、 PDP等显示器件荧光粉制作的工艺来 制备荧光粉层，通过这一步主要控制荧光粉的浓度(若采用荧光粉混合胶体的 方法)、厚度、致密度、均匀性等并通过遮挡层5实现确定的形状。
图ld为去除遮挡层5后，在芯片上固定区域形成确定形状的荧光粉层6。 图le为在涂敷荧光粉层后制作一层遮挡层7，以控制下一步在荧光粉层6 上涂敷一层透明保护层8的形状，该层可与遮挡层5采用相同的材料及方法， 也可采用不同的方式来实现，其过程与图lb类似，遮挡层7要遮住电极部分以 使涂敷的透明保护层8不覆盖电极而影响电极引线的连接。
图lf为荧光粉层上透明胶体层8的涂敷，胶体可选用硅胶、环氧树脂、PVA 等各种高分子材料，胶体薄膜层可通过旋转涂敷、压力等方式使其表面均匀一 致，并控制其厚度，胶体固化方式可以是自然固化、热固化、光照固化等各种 方式。
图lg是将遮挡层7去掉，形成所需要的荧光粉层6上覆盖一层透明保护层 8的结构。
为实现如图lb或图le中特定形状遮挡层，可采用涂敷感光胶，通过光学 曝光、显影的方法控制遮挡层形状，如图2所示 图2a与图la相同，为芯片结构；
图2b为在芯片上涂敷均匀一致的感光胶体9，胶体可选用各种感光胶体,可 以是正性感光胶或负性感光胶，选用的感光胶与掩模板的形状对应；
图2c是曝光后结构，胶体感光后对显影液的溶解度不同，分别形成溶解于 显影液的部分9a,和不溶解的剩余部分9b (即图lb中的5)，通过掩模板的设 计，可控制感光胶体曝光后的形状；
图2d所示为通过这种光学曝光、显影方式，形成固定形状遮挡层的结构， 与图lb同，由于芯片上的感光胶体在特定波长光照后在对应的显影液的溶解度 不同，通过显影，将溶解部分9a洗去，只留下不溶解部分9b，在芯片表面形成 了具有一定形状的感光胶体的结构。
采用感光胶，在已具备荧光粉层的结构上，制作遮挡层，以控制荧光粉上 透明保护层的形状的过程如图3所示，其具体步骤与图2类似。
荧光粉层的制备可以采用各种可得到的方法如沉淀法、电泳沉积法、粉浆
法等，采用电泳沉积的方法制作荧光粉层时不能直接在芯片上实施，需要先镀 一层透明导电层(考虑出光的要求导电层是透明的)，其过程如图4所示 图4a与lb同，即已在芯片表面形成了遮挡层5;
图4b为在芯片上形成一层透明导电层11，如采用溅射的方法形成一层厚度 可控的透明导电层ITO,该层ITO的形状直接决定了在其上面沉积的荧光粉颗 粒层的形状；
图4c为电泳沉积后，在透明导电层上沉积一层荧光粉颗粒层，通过电泳沉 积可控制荧光粉颗粒层的厚度、致密度，但其粘附性可能不是很好，所以需要 在荧光粉颗粒层上再涂敷保护层以改善粉层与芯片的粘附性。
权利要求
1、一种在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，包括以下步骤①荧光粉层形状的控制将LED芯片上电极部分通过感光胶体遮挡住，形成电极遮挡部分，只留下需要荧光粉覆盖的芯片发光区域；②制备荧光粉层在LED芯片上未遮挡部分制备成厚度一致且均匀的荧光粉层；③去除电极遮挡部分将遮挡部分去除，得到固定形状的荧光粉层；④再形成电极遮挡部分重复步骤①，将LED芯片上电极部分通过感光胶体遮挡形成电极遮挡部分，暴露出已形成的荧光粉层；⑤涂敷保护胶体层在步骤④所形成的荧光粉层区域内，涂敷厚度均匀的透明保护胶体层；⑥去除电极遮挡部分除去电极遮挡部分，得到包裹一层透明胶体的荧光粉层LED芯片结构。
2、 根据权利要求1所述的在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，其 特征在于，在步骤①和④中，电极遮挡部分采取以下两种方法中的任意一种来帝'j备A、 直接在电极部分设置感光胶体遮挡，留出需要荧光粉覆盖的芯片发光区域；B、 在整个芯片上涂敷均匀一致的感光胶体，然后在感光胶体上覆盖掩模板， 所述掩模板的形状与LED芯片形状相同或者对应，感光胶体感光后通过显影分 别形成溶解于显影剂的部分和不溶解于显影剂的部分，不溶解的剩余部分形成 电极遮挡部分。
3、 根据权利要求1所述在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，其特 征在于，在步骤②中荧光粉层制备采用沉淀法、电泳沉积法和粉浆法中的一种。
4、根据权利要求1所述在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，其特 征在于，在步骤⑤中，所述透明保护胶体层胶体选用硅胶、环氧树脂和PVA高 分子材料中的一种或者它们的组合，胶体固化方式是自然固化、热固化和光照 固化中的一种。
全文摘要
本发明公开了一种在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，包括以下步骤①荧光粉层形状的控制将LED芯片上电极部分通过感光胶体遮挡住，形成电极遮挡部分，只留下需要荧光粉覆盖的芯片发光区域；②制备荧光粉层在LED芯片上未遮挡部分制备成厚度一致且均匀的荧光粉层；③去除电极遮挡部分将遮挡部分去除，得到固定形状的荧光粉层；④再形成电极遮挡部分重复步骤①，将LED芯片上电极部分通过感光胶体遮挡形成电极遮挡部分，暴露出已形成的荧光粉层；⑤涂敷保护胶体层在步骤④所形成的荧光粉层区域内，涂敷厚度均匀的透明保护胶体层；⑥去除电极遮挡部分除去电极遮挡部分，得到包裹一层透明胶体的荧光粉层LED芯片结构。
文档编号H01L33/00GK101101946SQ200710049460
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月5日 优先权日2007年7月5日
发明者余心梅, 斌 侯, 李君飞, 玥 胡, 饶海波 申请人:电子科技大学