专利名称：一种荧光粉膜层制作方法及其得到的荧光粉膜层封装方法
技术领域：
本发明涉及LED封装技术领域，尤其涉及一种荧光粉膜层制作方法及其得到的荧 光粉膜层封装方法。
背景技术：
LED是一种半导体发光器件，它可以直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器 件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，重量轻，体积小等一系列特性，因此被广泛应 用于指示灯、显示屏等。随着大功率LED发展的突飞猛进，白光LED逐步走进普通照明领域， 被誉为第四代照明光源。形成白光LED除了 RGB组合外，还有蓝光或紫外光芯片激发荧光 粉的方式，芯片在电的作用下发出的光部分激发荧光粉而产生更长波段的可见光，这部分 可见光与芯片发出的另一部分光混合形成白光。 目前白光LED的芯片主要是III-V族半导体化合物GaN材料制作的芯片，GaN基 芯片衬底有蓝宝石、SiC和Si等，芯片可发紫外光、蓝光波段的光。用于形成白光LED的荧 光粉种类很多，目前使用普遍的是YAG(Y3A15012:Ce3+)荧光粉。YAG的Y可以掺杂Gd，而 Al可以掺杂Ga形成(Yl-aGda)3(All-bGab)5012:Ce3+的荧光粉，改变激发光波长450 480nm，可以得到510 580nm的发光光谱。Osram公司将YAG中的Y改成Tb形成的荧光粉 TAG在470nm蓝光激发时其发光波长较YAG长，但是效率较YAG荧光粉低。
对于大功率白光LED而言，荧光粉涂覆技术和散热效果的好坏直接影响到白光 LED的工作性能和寿命。荧光粉的厚度与形状等因素都会影响白光LED的出光质量，如 光效，色温，显色性及配光等，另一方面，实验结果表明LED的发光波长随温度变化约为 0.2-0.3nm广C，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，在室温附近，温度每升高1°C ， LED的发光强度会相应地减少1%左右。如何更好地实现荧光粉涂覆以及解决散热问题是 白光LED封装中最关键的两个问题。在荧光粉涂覆方面，传统的将荧光粉以点胶方式直接 涂覆到芯片的表面依然是目前产品的主要形式，这种点胶工艺涂覆的荧光粉层的形状与厚 度都不一致，并且难以精确控制，使得光场的分布很难均匀，产品的光色一致性较差，产品 的重复率也低。Osram公司以及Cree公司相继开发出"白光"芯片，用半导体工艺将荧光 粉覆盖到芯片表面，再划片，这种"白光"芯片的荧光粉厚度和形状得到很好的控制，出光均 匀。相对而言，这种制作工艺相比传统点胶工艺较为复杂，制作成本也较高。而在散热方面， Lumileds公司的Luxeon系列采用热电分离的方式和Osram公司的Golden Dragon系列将 热沉与金属线路板直接接触，都具有很好的散热性能。 同时，目前主流产品的涂覆方式都是将荧光粉与芯片直接接触，芯片在近域直接 激发荧光粉，然后混合形成白光。对这种方式而言，芯片的热量直接加载到荧光粉层上，使 得LED的光色受芯片结温变化的影响较为明显；另外，荧光粉因热量的聚积而转换效率下 降，降低光效；并且荧光粉近场激发方式使得部分背向散射光损失，光衰变大，影响光效。目 前也有些公司也有采用远域激发的涂覆方式来提高出光效率，但是他们所提出的结构比较 复杂，制作工艺较难，并且荧光粉层的散热途径也没有考虑。导致封装后白光LED的光色受影响并且光效也得不到较好的提高。
发明内容
针对目前大功率白光LED封装中普遍存在的荧光粉的涂覆难以精确控制以及散 热、光效、光衰、光色的问题。本发明提出一种荧光粉膜层制作方法及其得到的荧光粉膜层 封装方法。其制作方法与封装结构简单，工艺操作容易，并且制作成本不高，能改善大功率 白光LED荧光粉涂覆的一致性及散热问题，减少光衰，使光色更为稳定，由该方法制作的大 功率白光LED在大电流的工作条件下可以稳定工作。 为了实现上述目的，本发明提供一种荧光粉膜层制作方法，包括以下步骤a、将配 比好的荧光粉胶点在模具上；b、旋涂模具，使荧光粉胶均匀地涂在模具上，同时通过控制旋 转的速度来控制荧光粉层的厚度；c、加热固化或光固化；d、脱模得到荧光粉膜层。
为了能实现多层荧光粉膜结构，所述步骤c后再返回步骤a，步骤a至步骤c多次 重复操作，使得荧光粉膜为多层结构后再执行步骤d。 更进一步的，所述荧光粉膜为同一种荧光粉、不同折射率硅胶的多层荧光粉膜层 或者为同一种硅胶，不同荧光粉所形成的多层荧光粉膜层。 为了能增加荧光粉膜的表面光学特性，所述模具为盘状，模具表面设有使荧光粉 膜层表面具有微细光学特征的微结构。具体所述微结构为微透镜阵列结构，周期性结构，荧 光粉膜层表面粗糙化结构等。通过模具表面微结构，使剥离得到的荧光粉膜层的表面也具 有某些微细结构的光学结构。 所述荧光粉中加入散射颗粒及散热颗粒，所述荧光粉是YAG荧光粉、TAG荧光粉、 红色荧光粉或紫外激发的RGB荧光粉。 所述步骤d脱膜后，通过切割得到面积、形状符合封装要求的荧光粉膜层。这样荧 光粉膜层可以较大面积制作，并且通过切割得到不同形状与大小，适用于批量生产的单颗 LED的独立封装或多芯片LED的集成封装。 本发明另一个目的在于提供一种通过上述荧光粉膜层封装方法的步骤d后所获 得的荧光粉膜层LED的封装方法。 —种荧光粉膜层的LED封装方法，先通过点胶方式，在LED芯片上涂覆隔热透明材 料层；然后将荧光粉膜层覆盖在隔热透明材料上，固化隔热透明材料完成荧光粉膜层的涂 覆。所述方法用于封装的LED芯片为单个或多个。 本发明提供的旋涂的方法制作荧光粉膜层以及LED芯片与荧光粉膜层相隔离的 热隔离式的封装方法，其优点有1、与传统的点胶涂覆工艺相比，采用旋涂的方法独立制作 荧光粉膜层，荧光粉的分布均匀，并且可以通过旋转速度控制荧光粉膜层的厚度，大大提高 LED的光色一致性。2、与传统的LED封装相对比，荧光粉膜层可以独立地批量制作与生产， 减少封装过程中不同工艺之间的相互影响，提高生产效率。3、荧光粉膜层可以切割成多种 大小与形状，适用于单颗或多芯片LED的集成封装，同时膜层表面可包含微透镜阵列等多 种微细结构，可提高出光的均匀度以及出光效率。4、采用旋涂的方法制作荧光粉膜层，工艺 简单，可重复性强，适合于大规模、批量化的工业化生产。5、采用荧光粉膜层与芯片热隔离 式的封装，减少了芯片温度对荧光粉的影响，使得荧光粉具有更高的转换效率，白光LED的 色温和显色指数受芯片结温的影响较小，白光LED的光色稳定性得到大大改善。6、采用荧
4光粉膜层与芯片分开的远场激发方式，与直接接触的近域激发方式相比，减少了荧光粉层 背向散射光的损失，从而提高了出光效率。
图1为荧光粉膜层的制作工艺流程示意图 图2为多层荧光粉膜层的制作工艺流程图 图3为表面具有微结构(如微透镜阵列等)的荧光粉膜层示意图 图4为采用热隔离法封装的大功率白光LED结构示意图(正装芯片和倒装芯片) 图5为大功率白光LED覆膜封装工艺流程图(热隔离的封装方式) 图6为采用热隔离法集成封装多芯片LED结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图1至6，说明该发明的具体实施例。
实施例1 如图1所示，先将荧光粉和硅胶按一定比例进行混合、搅拌、抽真空；再将此荧光 粉胶点滴到固定在甩胶机吸盘上的模具上；接着让甩胶机开始以一定旋转速度旋转，使荧 光粉胶均匀涂覆在模具上，得到一层厚度一定的荧光粉胶层；然后加热固化(或光固化)； 再将固化完的荧光粉膜层从模具上脱离得到整片荧光粉膜层；最后将整片的荧光粉膜层切 割成适合实际封装所需的形状及大小，完成荧光粉膜层的制作。
实施例2 如图2所示，与实施例1操作相似，在完成一层荧光粉膜层的固化之后，再在固化 完的荧光粉层上点胶、旋胶、再固化，如此重复操作，最后再脱模、切割。此方法可以制作多 层荧光粉膜层。通过选择每次固化的硅胶种类，可以制作折射率渐变的荧光粉膜层，以此 提高出光效率；也可以通过改变每次配比的荧光粉种类来制作不同荧光粉的多层荧光粉膜 层，以此提高LED出光的质量，如显色性、色温等。
实施例3 如图3所示，荧光粉膜层的表面可以具有某些微细结构，如微透镜阵列、荧光粉表 面的粗糙化等。先在模具的表面上制作微细结构，然后在此模具上进行点胶、旋胶、固化、脱 模、切割，最后可以得到表面具有微细结构的荧光粉膜层。通过采用微透镜阵列，可以提高 LED的出光均匀度以及LED的出光效率。
实施例4 如图4、5所示，为荧光粉与芯片热隔离的的封装结构及封装工艺。对于正装芯片， 在支架的杯碗中点上一定量的银胶，将大功率的蓝宝石衬底的GaN蓝光LED芯片1正装放 入支架2的银胶上，进行热硬化烘烤，将银胶固化，使LED芯片1固定在支架2上；在LED芯 片1的电极上焊接金线，与支架2完成电性能连接；再将一定量的隔热透明材料层5，如硅 胶材料，通过点胶的方式直接涂覆在LED芯片1上；然后将制得的荧光粉膜层6放置在隔热 透明材料5上，使荧光粉膜层6的边缘与支架2相接；接着进行隔热材料层5的固化，完成 荧光粉膜层6的涂覆；最后加上外围光学部件如透镜结构7。
实施例5
5
如图6所示，为采用热隔离法集成封装多芯片LED结构示意图。多颗LED芯片1 通过银胶等焊料固定在基板2上，并通过焊接金线完成电性能连接；再将一定量的隔热透 明材料层5，以点胶的方式涂覆在LED芯片l上；接着放置荧光粉膜层6 ;最后固化隔热材料 层5完成涂覆。荧光粉膜层表面可以是平面，也可以具在某些微细结构，如微透镜阵列等。 对于平面的基板，当将荧光粉膜层6放置在隔热材料层5上时，由于隔热材料层5的表面粘 力，使得荧光粉膜层6与平面基板可以较好接触，固化后可以解决荧光粉层的散热问题。
权利要求
一种荧光粉膜层制作方法，包括以下步骤a、将配比好的荧光粉胶点在模具上；b、旋涂模具，使荧光粉胶均匀地涂在模具上，同时通过控制旋转的速度来控制荧光粉层的厚度；c、加热固化或光固化；d、脱模得到荧光粉膜层。
2. 根据权利要求1所述的荧光粉膜层的制作方法，其特征在于所述步骤c后再返回步 骤a，多次重复操作步骤a至步骤c，使得荧光粉膜为多层结构后再执行步骤d。
3. 根据权利要求2所述的荧光粉膜层制作方法，其特征在于所述荧光粉膜为同一种荧 光粉、不同折射率硅胶的多层荧光粉膜层或者为同一种硅胶，不同荧光粉的多层荧光粉膜 层。
4. 根据权利要求1所述的荧光粉膜层制作方法，其特征在于所述模具为盘状，模具表 面设有使荧光粉膜层表面具有微细光学特征的微结构。
5. 根据权利要求4所述的荧光粉膜层制作方法，其特征在于所述微结构为微透镜阵列 结构，周期性结构，荧光粉膜层表面粗糙化结构。
6. 根据权利要求1所述的荧光粉膜层制作方法，其特征在于所述荧光粉中加入散射颗 粒及散热颗粒，所述荧光粉是YAG荧光粉、TAG荧光粉、红色荧光粉或紫外激发的RGB荧光 粉。
7. 根据权利要求l所述的荧光粉膜层制作方法，其特征在于所述步骤d脱膜后，通过切 割得到面积、形状等符合封装要求的荧光粉膜层。
8. 根据权利要求7得到的荧光粉膜层的封装方法，包括以下步骤先通过点胶方式，在 LED芯片上涂覆隔热透明材料层；然后将荧光粉膜层覆盖在隔热透明材料上，固化隔热透 明材料完成荧光粉膜层的涂覆。
9. 根据权利要求8所述的荧光粉膜层的封装方法，其特征在于所述用于封装的LED 芯片为单个或多个。
全文摘要
本发明公开了一种荧光粉膜层制作方法及其得到的荧光粉膜层封装方法。本发明的特点是在封装过程中采用旋涂荧光粉胶的方法独立制作荧光粉膜层，再将荧光粉膜层覆盖在涂有隔热材料的LED芯片上，最后固化隔热材料完成白光LED荧光粉的涂覆。该LED的芯片数量为一个或多个。本发明工艺简单，制作成本不高，能准确控制荧光粉膜层的厚度，大大提高LED产品的光色一致性，适用于大规模的工业化生产，并且采用热隔离的封装方式能改善LED的散热问题，减少光衰，使光色更为稳定。
文档编号H01L33/44GK101699638SQ200910193468
公开日2010年4月28日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者冼钰伦, 凌敏捷, 吴昊, 张佰君, 蚁泽纯 申请人:中山大学