专利名称：一种led荧光粉层制备方法
技术领域：
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种在LED芯片出光表面制备荧光粉层，实 现荧光粉转换型LED器件(PCLED)的技术。
背景技术：
LED 即发光二极管是 light emitting diode 或者 light emitting device 的简 称，根据发光材料不同的化学结构和属性，一般又常被分为无机LED和有机LED(即0LED， 或者OLEDs)。1993年，蓝色GaN发光二极管技术获得突破，在此基础上1996年实现了无 机LED白光发射；而1987年美国Koda公司首次报道了一种新型的有机电致发光显示器件 (OLEDs)，从而引发了 OLEDs器件研发的新热潮。近年，无论是无机还是有机发光器件(LED/ 0LED)，白光LED器件及其在照明相关领域的应用研究都受到了学术和产业界的高度重视， 由于具有低电压驱动、全固态、低功耗、长效可靠等优点，LED/0LED是一种符合环保节能绿 色照明理念的高效光源，因此，目前以白光LED/0LED为主的半导体照明技术(第四代照明 技术)在全世界范围内得到了大力的推动和发展，正在形成巨大的产业。利用LED芯片激发荧光粉的光致转换方式(即PCLED)可以实现各种颜色的光 输出，也是目前LED实现照明白光的主要途径一种是在蓝光芯片上涂覆黄色荧光粉(如 YAG:Ce3+等)，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光混合形成白 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 (PCLED)，荧光粉涂层的结构、特性对器件的性能有着至 关重要的影响。目前主流的工艺是将荧光粉颗粒与透明胶体(如环氧胶、硅胶等)混合，通过点 胶，在LED芯片上涂覆荧光粉与胶体的混合体层，但这样得到的荧光粉层结构不均勻，从而 导致LED出光的均勻性差，并且器件间的荧光粉层重复性差，极大地制约了批量化生产和 成品率。目前，一种新的荧光粉平面涂层概念和思路(conformal coating)倍受重视，即在 芯片表面形成一层厚度均勻的荧光粉层，与传统的点胶工艺相比，这种平面涂层的出光均 勻性较好，荧光粉层的厚度容易控制，且属于平面化工艺适合集成规模化的生产。总之，PCLED中荧光粉层的特性、结构及其制备方法直接影响着LED器件的性能。专利ZL200710049460. 3揭示了一种在LED芯片表面制备荧光粉薄膜层的方法，使 用感光胶形成图案来暴露出LED芯片出光面(即需要涂覆荧光粉层的区域)，在此区域涂覆 荧光粉，从而获得具有确定图形的平面荧光粉层。专利ZL200710049612. X揭示了一种基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂 层工艺，采用荧光粉感光胶分散体涂层，通过曝光显影，在LED出光面形成需要的荧光粉涂 层图形，但荧光粉涂层中有机成份的存在，其较差的光热性能是必会给器件的物理化学性 质带来相应的影响。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种LED荧光粉层制备方法，该方法能克服 现有技术中的缺陷，在已获得确定图形的荧光粉涂层中去除掉制备工艺过程中所引入的有 机成份，改善了荧光粉层的物理化学性质，能够更好地满足后续封装工艺对荧光粉层物化 特性的要求，有利于实现高效的荧光粉转换型LED(PCLED)器件。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种LED荧光粉层制备方法，其特 征在于，包括以下步骤①配制荧光粉与感光胶体(树脂)的分散体包含荧光粉的颗粒与感光胶体混合， 均勻分散，形成荧光粉感光胶(树脂)分散体_荧光粉粉浆；②涂覆将步骤①得到的分散体-荧光粉粉浆涂覆在LED出光面上，形成荧光粉感 光胶分散体涂层；③曝光、显影得到所需图案的荧光粉感光胶分散体涂层；④去除感光胶去除荧光粉涂层中的感光胶成份，得到具有确定图案的荧光粉层。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤①中，包含荧 光粉的颗粒与感光胶体之间的比例为0. 05 1. 5g的颗粒物质1ml的感光胶体。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤①中，所用的 感光胶体为正型胶或者负型胶；包含荧光粉的颗粒中包括低熔点的玻璃粉，或者包括氧化 钛、氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化锌、氮化镓、氮化碳等其他粉体材料中的一种或者几种组
I=I O按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤①中，所用的 感光胶体包括聚乙烯醇(PVA)及其衍生物、聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯和 聚乙烯吡咯烷酮，感光剂是重铬酸盐、高锰酸盐和重氮化合物中的一种或者它们的组合。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤②中，涂覆是 旋涂法、喷涂法、点胶法、印刷法和浸渍法中的一种或者几种组合。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤③中曝光、显 影过程中，采用LED芯片自身发光的自曝光方式，或者采用UV光结合掩模板的外曝光方式。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤④中去除荧 光粉涂层中的感光胶成份过程中，采用加热氧化去胶、等离子轰击去胶、氧等离子去胶和激 光去胶方法中的任何一种或者几种组合。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤②中的涂覆 过程，所指的LED出光面是LED芯片的出光表面，或者是LED芯片出光方向上任意的一个光 输出耦合结构的表面。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，所述LED包括有机 LED (OLED)、无机LED以及两者的结合，所述LED是单颗的LED芯片，或者是同一基底上的多 颗LED芯片组。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，当包含荧光粉的颗 粒中包括有低熔点的玻璃粉时，步骤④进一步包括加热涂层到一定温度(大于等于玻璃粉 熔点温度)并保持一段的时间，以达到熔化低熔点玻璃粉和去除感光胶的效果。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备技术，包含荧光粉的颗粒中包括的其他成份，可以起到粘接的作用(比如低熔点温度的玻璃粉)；可以起到勻光的作用(光线的均 勻散射)；也可以起到改善配制的荧光粉感光胶分散体(荧光粉粉浆)的触变性(摇溶性)， 以改善荧光粉粉浆的涂覆性能；也可以在粉浆中对荧光粉颗粒起到防沉淀剂的效果；这些 颗粒的存在也能改善荧光粉层的致密性和热传导性能。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备技术，其特征在于，所指的包含荧光粉 的颗粒可以是含有其他成份包裹层的荧光粉颗粒，也可以是荧光粉与其他成份颗粒的混合 体。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备技术，其特征在于，运用本技术可以在 LED出光面上实现一种以上的、各种形状的荧光粉层。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备技术，其特征在于，对于含有多种荧光 粉层的应用，不同的荧光粉分别重复本技术的步骤①②③就可以实现由不同区域的多种 荧光粉分散体层组成的涂层结构，最后经过步骤④来实现LED出光面上的多种荧光粉层结 构。按照本发明所提供的LED荧光粉层的制备技术，其特征在于，在多种颜色荧光粉 层实现的应用中，采用含有低熔点玻璃粉的荧光粉粉浆料，由于低熔点玻璃粉熔化后的粘 接作用，每一种荧光粉粉层的实现都可以通过重复本技术的步骤①②③④来实现，即在第 一种粉层的旁边通过运用含有第二种荧光粉的浆料重复步骤①②③④来实现第二种荧光 粉层的涂覆，如此类推，可以实现具有多种荧光粉的粉层结构。因此，本发明技术不仅适合于黄光荧光粉+蓝光LED芯片的白光LED器件制备，也 适合于紫外LED芯片+多色荧光粉(例如RGB三基色荧光粉)的白光LED实现方案。本发明特别在PCLED型白光LED的荧光粉层的制备过程中具有应用价值，既可以 应用于已切割好的LED芯片上，符合目前多数LED封装企业的产业技术要求，也可以应用于 LED晶片切割之前(晶圆即wafer规模上)，在LED芯片组的表面形成荧光粉层后，再进行 芯片切割、封装，具有很高的可重复操作性及量产一致性。
图1是本发明的制作功率型白光LED荧光粉层的工艺过程示意图。其中，1、衬底，2、P区电极，3、N区电极，4、LED芯片，5、包含有荧光粉的颗粒，6、感 光胶成份，7、显影后的荧光粉感光胶分散体涂层，8、去胶后的荧光粉层。
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描述本发明的制作方法如图1所示其中图Ia是LED芯片的结构示意图，图Ib是涂覆 有荧光粉粉浆(包含有荧光粉的颗粒的感光胶分散体)的LED芯片的示意图，图Ic是曝光 显影后得到的荧光粉感光胶分散体涂层图案示意图，图Id是去除感光胶成份后得到的包 含荧光粉颗粒的粉层示意图。实施例1取聚乙烯醇(PVA)、感光剂重铬酸铵(ADC)、荧光粉、低熔点玻璃粉和去离子水混 合均勻，形成稳定的包含荧光粉的颗粒在PVA中的分散体。
采用点胶法将荧光粉感光胶分散体涂覆在蓝色LED芯片表面。接通LED芯片正负极，利用芯片自发光实现感光胶的自曝光过程，热水显影后在 LED芯片出光表面得到荧光粉感光胶涂层。将具有荧光粉感光胶涂层的LED芯片放入加热炉中，加热到超过玻璃粉熔点的温 度，并保持一段时间，待感光胶中的有机成份烧去后才降温取出。加热过程同时起到氧化去除有机成份，并通过低熔点玻璃粉的熔融后再冷却固化 的过程，加强了荧光粉颗粒间以及与LED出光表面间的结合度。实施例2将荧光粉与低熔点玻璃粉均勻混合后，加热熔化玻璃粉使其在荧光粉颗粒的表面 形成一层包裹层。得到的材料再经过碾磨、筛选，得到具有玻璃包裹层的荧光粉粉末。取聚乙烯醇(PVA)、感光剂重铬酸铵(ADC)、具有玻璃包裹层的荧光粉颗粒和去离 子水混合均勻，形成稳定的荧光粉颗粒在PVA中的分散体。采用点胶法将荧光粉感光胶分散体涂覆在蓝色LED芯片表面。接通LED芯片正负极，利用芯片自发光实现感光胶的自曝光过程，热水显影后在 LED芯片出光表面得到荧光粉感光胶涂层。将具有荧光粉感光胶涂层的LED芯片放入加热炉中，加热到超过玻璃粉熔点的温 度，并保持一段时间，待感光胶中的有机成份烧去后才降温取出。加热过程同时起到氧化去除有机成份，并通过低熔点玻璃粉的熔融后再冷却固化 的过程，加强了荧光粉颗粒间以及与LED出光表面间的结合度。实施例3取聚乙烯醇(PVA)、感光剂重氮树脂(Diazo)、荧光粉和去离子水混合均勻，形成 稳定的荧光粉PVA分散体。采用点胶法将荧光粉感光胶分散体涂覆在蓝色LED芯片表面。接通LED芯片正负极，利用芯片自发光实现感光胶的自曝光过程，热水显影后在 LED芯片出光表面得到荧光粉感光胶涂层。将具有荧光粉感光胶涂层的LED芯片放入等离子去胶设备中，采用氧等离子轰击 的办法去除掉感光胶中的有机成份。实施例4取聚乙烯醇(PVA)、感光剂重铬酸铵(ADC)、荧光粉、纳米二氧化钛粉和去离子水 混合均勻，形成稳定的包含荧光粉的颗粒在PVA中的分散体。采用点胶法将荧光粉感光胶分散体涂覆在蓝色LED芯片表面。接通LED芯片正负极，利用芯片自发光实现感光胶的自曝光过程，热水显影后在 LED芯片出光表面得到荧光粉感光胶涂层。将具有荧光粉感光胶涂层的LED芯片放入等离子去胶设备中，采用氧等离子轰击 的办法去除感光胶中的有机成份。实施例5取聚乙烯醇(PVA)、感光剂重氮树脂(Diazo)、荧光粉和去离子水混合均勻，形成 稳定的荧光粉PVA分散体。采用点胶法将荧光粉感光胶分散体涂覆在晶圆上LED芯片组的表面。
接通LED芯片组的正负极，利用芯片自发光实现感光胶的自曝光过程，热水显影 后在各个LED芯片出光表面得到相应的荧光粉感光胶涂层。将带有荧光粉感光胶涂层的LED芯片组(晶圆)放入等离子去胶设备中，采用氧 等离子轰击的办法去除掉感光胶中的有机成份。实施例6取聚乙烯醇(PVA)、感光剂重氮树脂(Diazo)、荧光粉和去离子水混合均勻，形成 稳定的荧光粉PVA分散体。采用点胶法将荧光粉感光胶分散体涂覆在晶圆上LED芯片组的表面。接通LED芯片组的正负极，利用芯片自发光实现感光胶的自曝光过程，热水显影 后在每个LED芯片出光表面得到相应的荧光粉感光胶涂层。将带有荧光粉感光胶涂层的LED芯片放入加热设备中，300 350度加热一段时间 直到烧掉涂层中的感光胶有机成份。
权利要求
一种LED荧光粉层制备方法，其特征在于，包括以下步骤①配制荧光粉与感光胶体的分散体将包含荧光粉的颗粒与感光胶体混合，均匀分散，形成荧光粉感光胶分散体-荧光粉粉浆；②涂覆将步骤①得到的分散体-荧光粉粉浆涂覆在LED出光面上，形成荧光粉感光胶分散体涂层；③曝光、显影得到所需图案的荧光粉感光胶分散体涂层；④去除感光胶去除荧光粉涂层中的感光胶成份，得到具有确定图案的荧光粉层。
2.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤①中，包含荧 光粉的颗粒与感光胶体之间的比例为0. 05 1. 5g的颗粒物质1ml的感光胶体。
3.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤①中，所用的 感光胶体为正型胶或者负型胶；包含荧光粉的颗粒中包括低熔点的玻璃粉，或者包括氧化 钛、氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化锌、氮化镓、氮化碳中的一种或者几种组合。
4.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤①中，所用的 感光胶体包括聚乙烯醇及其衍生物、聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯和聚乙烯 吡咯烷酮，感光剂是重铬酸盐、高锰酸盐和重氮化合物中的一种或者它们的组合。
5.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤②中，涂覆是 旋涂法、喷涂法、点胶法、印刷法和浸渍法中的一种或者几种组合。
6.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤③中曝光、显 影过程中，采用LED芯片自身发光的自曝光方式，或者采用UV光结合掩模板的外曝光方式。
7.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤④中去除荧光 粉涂层中的感光胶成份过程中，采用加热氧化去胶、等离子轰击去胶、氧等离子去胶和激光 去胶方法中的任何一种或者几种组合。
8.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，在步骤②中的涂覆过 程，所指的LED出光面是LED芯片的出光表面，或者是LED芯片出光方向上任意的一个光输 出耦合结构的表面。
9.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，所述LED包括有机 LED、无机LED以及两者的结合。
10.根据权利要求1所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，对于不同荧光粉，重 复步骤①②③④实现LED出光面上的多种荧光粉层结构。
11.根据权利要求3所述的LED荧光粉层的制备方法，其特征在于，当包含荧光粉的颗 粒中包括有低熔点的玻璃粉时，步骤④进一步包括加热涂层以达到熔化低熔点玻璃粉和去 除感光胶的效果。全文摘要
一种LED荧光粉层制备方法①配制荧光粉与感光胶体的分散体将包含荧光粉的颗粒与感光胶体按适当比例混合，均匀分散，形成荧光粉感光胶分散体-荧光粉粉浆；②涂覆将步骤①得到的分散体-荧光粉粉浆涂覆在LED出光面上，形成荧光粉感光胶分散体涂层；③曝光、显影得到所需图案的荧光粉感光胶分散体涂层；④去除感光胶去除荧光粉涂层中的感光胶成份，得到具有确定图案的荧光粉层。该方法能克服现有技术中的缺陷，在已获得确定图形的荧光粉涂层中去除掉制备工艺过程中所引入的有机成份，改善了荧光粉层的物理化学性质，更好地满足了后续封装工艺对荧光粉层物化特性的要求，有利于实现高效的荧光粉转换型LED(PCLED)器件。
文档编号H01L33/50GK101887941SQ201010028129
公开日2010年11月17日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者万远涛, 何远, 俱剑君, 胡玥, 饶海波, 高寒松 申请人:电子科技大学