一种基于3d打印原理的led荧光粉涂覆系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，其上位机系统包括涂覆控制模块、运动控制模块和除泡控制模块；下位机系统包括喷头恒温控制装置和真空搅拌除泡装置，涂覆控制模块分别连接压电荧光粉喷头和喷头恒温控制装置，除泡控制模块连接真空搅拌除泡装置，运动控制模块连接xyz轴运动平台，压电荧光粉喷头安装在xyz轴运动平台上；本实用新型通过改进传统的涂覆系统，先采用真空搅拌除泡装置对荧光粉胶进行除泡处理，然后采用压电涂覆喷头进行加热恒温控制，通过涂覆控制模块和运动控制模块基于3D打印原理控制压电荧光粉喷头在LED芯片上涂覆所述荧光粉层，实现提高大功率白光LED芯片或芯片模组的荧光粉涂覆精度。
【专利说明】一种基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及LED荧光粉涂覆【技术领域】，尤其涉及一种基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统。
【背景技术】
[0002]白光LED是一种新型半导体全固态照明光源。与传统照明技术相比，这种新型光源具有高效节能、长寿命、小体积、易维护、绿色环保、使用安全、耐候性好等领先优势，被公认为是未来照明光源之首选。
[0003]白光LED封装是推动国际半导体照明和显示迅速发展的关键工艺，而荧光粉涂敷是目前国际上实现蓝光LED向白光LED转换的主流技术。而荧光粉涂覆的厚度不均是造成白光LED角向色温差异的主要原因。目前，大功率LED荧光粉涂覆工艺主要是用点胶法和喷涂法两种方法实现的，而这两种传统控制方法都无法保证在大规模的工业生产下，每一次荧光粉涂覆量的一致性，即荧光粉层的涂覆厚度每一次都有细微差别。从而使得生产出的大功率白光LED无法有效提高白光LED封装的热阻分散性、色品一致性、出光效率等封装质量。3D打印技术，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
[0004]本实用新型在现有涂覆工艺的基础上，增加了真空搅拌除泡装置用于简化现有涂覆工艺，有效清除荧光粉胶混合后含有的微小气泡；增加了喷头恒温控制装置用于对压电荧光粉喷头进行恒温控制，达到降低和稳定所述压电荧光粉喷头内的荧光粉胶粘度的目的；基于3D打印的原理，使用压电荧光粉喷头(例如EFD公司生产的PICO系列压电喷头)把荧光粉层打印到LED芯片，使其克服传统涂覆工艺的缺点，达到高精度高均匀度的涂覆效果。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的之一在于提供一种基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，能有效提高荧光粉涂覆量和涂覆厚度的一致性，提高白光LED的光源品质和成品率，具体技术方案如下。
[0006]一种基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，用于完成LED芯片上的荧光粉层厚度及形状的保型涂覆工序，包括下位机系统和上位机系统，下位机系统包括压电荧光粉喷头和xyz轴运动平台；上位机系统包括涂覆控制模块、运动控制模块和除泡控制模块；所述下位机系统还包括喷头恒温控制装置和真空搅拌除泡装置；涂覆控制模块分别连接压电荧光粉喷头和喷头恒温控制装置，除泡控制模块连接真空搅拌除泡装置，运动控制模块连接xyz轴运动平台,压电突光粉喷头安装在xyz轴运动平台上；通过涂覆控制模块和运动控制模块基于3D打印原理控制压电荧光粉喷头在LED芯片上涂覆所述荧光粉层。
[0007]进一步优选的，所述压电荧光粉喷头使用压电陶瓷，通过压电陶瓷的形变将喷头内部的荧光粉胶挤压出喷头外部，用于喷涂荧光粉胶。
[0008]进一步优选的，所述喷头恒温控制装置包括发热丝和热敏电阻，发热丝和热敏电阻安装在所述压电荧光粉喷头的内部或外部，用于对所述压电荧光粉喷头进行恒温控制。
[0009]进一步优选的，所述真空搅拌除泡装置包括:荧光粉胶容器，用于存储待涂覆的荧光粉胶；电动搅拌棒，电动搅拌棒从所述荧光粉胶容器开口伸入荧光粉胶容器中，用于搅拌荧光粉胶；空气阀门，空气阀门安装在所述荧光粉胶容器开口，用于抽出荧光粉胶容器内的空气；通过空气阀门把装有待涂覆荧光粉胶的荧光粉胶容器内部的空气抽出，形成真空环境，在真空环境下电动搅拌棒不断的搅拌，把装置内荧光粉胶的气泡从装置的底部搅拌到荧光粉胶表面最终消除。
[0010]进一步优选的，xyz轴运动平台采用伺服电机和直线电机，用于控制所述压电荧光粉喷头在xyz轴方向上移动。
[0011]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果:本实用新型结构布置巧妙，增加了真空搅拌除泡装置用于简化现有涂覆工艺，有效清除荧光粉胶混合后含有的微小气泡；增加了喷头恒温控制装置用于对压电荧光粉喷头进行恒温控制，达到降低和稳定所述压电荧光粉喷头内的荧光粉胶粘度的目的。本实用新型能采用基于3D打印原理进行荧光粉涂覆，使用压电荧光粉喷头作为荧光粉打印头，在大功率LED芯片上打印出所需的荧光粉涂层，可以应用于大功率白光LED或LED芯片模组的荧光粉涂覆封装过程中，而且还可以应用在wafer级芯片涂覆中，可以精确控制各种粘度的涂覆用胶的涂覆量、涂层厚度以及图层形状，大大提高荧光粉涂层的涂覆精度，并保证涂层厚度的一致性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型提供的基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统框图。
【具体实施方式】
[0013]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0014]本实例的一种基于3D打印原理的LED突光粉涂覆系统所述如图1所示，包括上位机系统11和下位机系统10。下位机系统包括压电荧光粉喷头12和xyz轴运动平台14 ;上位机系统包括涂覆控制模块16、运动控制模块17和除泡控制模块18 ;所述下位机系统还包括喷头恒温控制装置13和真空搅拌除泡装置15 ;涂覆控制模块分别连接压电荧光粉喷头和喷头恒温控制装置，除泡控制模块连接真空搅拌除泡装置，运动控制模块连接xyz轴运动平台，压电荧光粉喷头安装在xyz轴运动平台上；通过涂覆控制模块和运动控制模块基于3D打印原理控制压电荧光粉喷头在LED芯片上涂覆所述荧光粉层
[0015]优选的，所述压电荧光粉喷头12使用压电陶瓷，通过压电陶瓷的形变将喷头内部的荧光粉胶挤压出喷头外部，用于喷涂荧光粉胶；所述喷头恒温控制装置13包括发热丝和热敏电阻，发热丝和热敏电阻安装在所述压电荧光粉喷头12的内部或外部，用于对所述压电荧光粉喷头12进行恒温控制；所述真空搅拌除泡装置15包括荧光粉胶容器，用于存储待涂覆的荧光粉胶；电动搅拌棒，电动搅拌棒从所述荧光粉胶容器开口伸入荧光粉胶容器中，用于搅拌荧光粉胶；空气阀门，空气阀门安装在所述荧光粉胶容器开口，用于抽出荧光粉胶容器内的空气；通过空气阀门把装有待涂覆荧光粉胶的荧光粉胶容器内部的空气抽出，形成真空环境，在真空环境下电动搅拌棒不断的搅拌，把装置内荧光粉胶的气泡从装置的底部搅拌到荧光粉胶表面最终消除轴运动平台14使用伺服电机、直线电机，用于控制所述压电荧光粉喷头12在xyz轴方向上移动。
[0016]涂覆控制模块16，用于控制压电荧光粉喷头12涂覆过程中荧光粉微滴大小、喷涂数量和控制喷头恒温控制装置13对压电荧光粉喷头12进行加热恒温控制，从而降低和稳定喷头内部荧光粉胶的粘度；所诉运动控制模块17用于控制xyz轴运动平台14对压电荧光粉喷头12进行xyz轴向的移动；所述除泡控制模块18，用于控制真空搅拌除泡装置15对刚混合好的荧光粉胶进行除泡工序。
[0017]进一步优选的，涂覆控制模块，用于控制压电荧光粉喷头涂覆过程中荧光粉微滴大小、喷涂数量和控制喷头恒温控制装置对压电荧光粉喷头进行加热恒温控制，从而降低和稳定喷头内部荧光粉胶的粘度；所诉运动控制模块用于控制xyz轴运动平台对压电荧光粉喷头进行xyz轴向的移动；所述除泡控制模块，用于控制真空搅拌除泡装置对刚混合完成的荧光粉胶进行除泡工序。
[0018]本实用新型在传统的点胶法和喷涂法两种涂覆工艺的基础上，增加了真空搅拌除泡装置用于简化现有涂覆工艺，有效清除荧光粉胶混合后含有的微小气泡；增加了喷头恒温控制装置用于对压电荧光粉喷头进行恒温控制，达到降低和稳定所述压电荧光粉喷头内的荧光粉胶粘度的目的，并采用基于3D打印原理的压电涂覆喷头控制每次喷出的荧光粉胶微滴的大小及数量，采用高精度运动xyz轴运动平台控制每次喷出的荧光粉胶微滴的涂覆位置，实现精确控制大功率白光LED芯片或芯片模组的荧光粉涂覆过程，从而达到大功率白光LED芯片模组中荧光粉层厚度及形状的保型涂覆要求。
[0019]以下仅仅为实例，相关的3D打印原理和上位机算法可以参照现有技术实现，因此，以下仅为实例，并不是用于限定本发明的保护范围，具体步骤和内容如下:
[0020]步骤⑴在涂覆控制模块16中，设定待涂覆LED芯片位置、大小，理想荧光粉层的形状和厚度等信息，然后计算得出每次喷出压电荧光粉喷头的荧光粉胶微滴的大小的控制参数与压电荧光粉喷头的理想荧光粉层3D打印喷涂路径控制参数等涂覆控制参数，其算法如下:
[0021]CtVt = NVr
[0022]其中，Vt为待涂覆LED芯片使用保型涂覆法理论上需要用到的荧光粉胶量，可以通过待涂覆LED芯片的长、宽、高和荧光粉层的厚度等信息计算得出为压电荧光粉喷头12实际每一次需要喷出的荧光粉微滴的胶量，需要根据不同的LED芯片尺寸和荧光粉层厚度，通过实验得到实际最佳微滴胶量(例如:边长为1.5毫米的大功率LED芯片，所测得的最佳微滴胶量为16微微升；边长为1.0毫米的大功率LED芯片，所测得的最佳微滴胶量为13微微升；边长为0.83毫米的大功率LED芯片，所测得的最佳微滴胶量为10微微升)，或者直接使用压电荧光粉喷头可喷出的最小微滴胶量(8微微升)；α为理论值与实际值的转换系数，需要根据不同粘度的荧光粉胶，通过实验得到最佳的转换系数；Ν为待涂覆的LED芯片使用3D打印原理涂覆实际上需要涂覆的微滴数量，可以根据已知的参数Vt、Vr、α计算得出。通过I和荧光粉胶的粘度可以计算得出压压电荧光粉喷头12的控制电压与当前LED芯片的3D打印轨迹中下一个待喷出的荧光粉微滴的位置偏移坐标；
[0023]步骤(2)使用真空搅拌除泡装置13消除装置内刚混合好的荧光粉胶内部的气泡，与此同时，通过喷头恒温控制装置15把压电荧光粉喷头12加热到工作温度；
[0024]步骤(3)待步骤(2)完成后，通过xyz轴运动控制装置14把压电荧光粉喷头12移动到待涂覆的LED芯片上方；
[0025]步骤(4)待步骤(3)完成后，使用步骤(I)所计算得出的涂覆控制参数，控制压电荧光粉喷头在3D打印轨迹中喷出多个或一个荧光粉微滴(微滴的数量取决于用户的需要。如果需要提高生产效率，则减少单片LED芯片涂覆荧光粉微滴的数量；如果需要提高荧光粉涂覆精度，则增多单片LED芯片涂覆荧光粉微滴的数量)，完成当前LED芯片的基于荧光粉涂覆工作；
[0026]步骤(5)判断是否需要对下一个LED芯片进行涂覆，如果需要，则转到步骤(3);如果完成，则结束。
【权利要求】
1.一种基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，用于完成LED芯片上的荧光粉层厚度及形状的保型涂覆工序，包括下位机系统和上位机系统，下位机系统包括压电荧光粉喷头和xyz轴运动平台；上位机系统包括涂覆控制模块、运动控制模块和除泡控制模块；其特征在于，下位机系统还包括喷头恒温控制装置和真空搅拌除泡装置；涂覆控制模块分别连接压电荧光粉喷头和喷头恒温控制装置，除泡控制模块连接真空搅拌除泡装置，运动控制模块连接xyz轴运动平台，压电突光粉喷头安装在xyz轴运动平台上；通过涂覆控制模块和运动控制模块基于3D打印原理控制压电荧光粉喷头在LED芯片上涂覆所述荧光粉层。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，其特征在于，所述压电荧光粉喷头使用压电陶瓷，通过压电陶瓷的形变将喷头内部的荧光粉胶挤压出喷头外部，用于喷涂荧光粉胶。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，其特征在于，所述喷头恒温控制装置包括发热丝和热敏电阻，发热丝和热敏电阻安装在所述压电荧光粉喷头的内部或外部，用于对所述压电荧光粉喷头进行恒温控制。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，其特征在于，所述真空搅拌除泡装置包括:荧光粉胶容器，用于存储待涂覆的荧光粉胶；电动搅拌棒，电动搅拌棒从所述荧光粉胶容器开口伸入荧光粉胶容器中，用于搅拌荧光粉胶；空气阀门，空气阀门安装在所述荧光粉胶容器开口，用于抽出荧光粉胶容器内的空气；通过空气阀门把装有待涂覆荧光粉胶的荧光粉胶容器内部的空气抽出，形成真空环境，在真空环境下电动搅拌棒不断的搅拌，把装置内荧光粉胶的气泡从装置的底部搅拌到荧光粉胶表面最终消除。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印原理的LED荧光粉涂覆系统，其特征在于，xyz轴运动平台采用伺服电机和直线电机，用于控制所述压电荧光粉喷头在xyz轴方向上移动。
【文档编号】B05C19/06GK204052092SQ201420445403
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】郭琪伟, 李致富, 胡跃明 申请人:华南理工大学