专利名称：一种将单晶体用于白光led的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新的用于白光LED的YAG:Ce3+的光致发光材料——单晶体用于 LED的设计方法，本发明涉及到单晶体的生长、加工以及用于LED的封装过程。
背景技术：
白光是一种多颜色的混合光，可被人眼感觉的白光，至少包括两种以上波长的光， 因此人们可以设计产生白光的LED光源，按照现有的技术能力，获取白光LED的途径大约有 三种，即荧光粉涂敷光转变法、多色LED组合法和多量子阱法，而目前发展和研究最为普遍 的方法的是荧光粉涂敷法制白光LED。荧光粉涂敷法是指将YAG:Ce3+荧光粉涂在LED芯片 表面上，从LED芯片发出的光射到周围的荧光粉层内经多次反射、吸收，最后向外部发射出 光。LED的光谱线的峰值在465nm处，半值宽为30nm，是非常尖锐的蓝色光谱，由蓝色光激 发黄色光的YAG荧光粉层(峰值为555nm)，最终到达外部的光为蓝黄二色光，根据补色原 理，蓝光与黄光相加混色后即得到可见的白色光。现有文献关于荧光粉在其稳定性、老化性方面缺陷的改变有一定的研究，中国海 洋大学信息科学与工程学院的王晶等用La2O3包覆荧光粉进行LED的封装使得LED的荧光 材料有了一定的发展。河南理工大学的关荣峰等利用玻璃与荧光粉的混合制造的荧光玻璃 进行LED的封装也取得了一定的进展。采用单晶体的方法可以集合薄膜与玻璃的优点，发 挥晶体所具有的优点。然而，现有公开文献关于制备白光LED的方法中没有涉及到YAG: Ce3+ 荧光晶体的设计方法。
发明内容
为克服现有技术中的不存在的用YAG:Ce3+荧光晶体封装在白光LED上的设计方 法，本发明所要解决的技术问题是提供一种白光LED用的YAG:Ce3+荧光晶体以及用于白光 LED的封装。将摩尔比为55% -65% Al2O3, 30% -40% Y2O3和1% -4% CeO2配比的原料进 行晶体的生长，在掺杂Ce3+的分凝系数小的情况下进行各种不同浓度单晶的生长，最终生 长出掺杂浓度为0. 05% -0.4%的各种不同浓度的单晶体，将生长的晶体进行切割加工抛 光等加工成厚度为0. 2-5mm单晶片，利用此单晶片用无影胶粘剂封装在LED发光芯片上，通 过各种不同的功率电压进行LED的使用。在现有荧光粉其稳定性以及耐高温能力差，特别是白光LED功率增大时其PN结的 结温升高使得传统的环氧树脂包裹荧光粉很难满足其要求，随着时间的延长，环氧树脂易 老化，使得荧光粉的稳定性均勻性也发生了变化，从而也导致其发光效率下降。本发明采 用单晶体作为光致发光材料，生长的单晶体可采用加工的方法批量生产各种不同尺寸及厚 度的单晶片，具有规则形状的单晶片其天然的解理面也能够与LED更好的结合，其晶体优 异的热导性使得其能够有效的承受PN结的高结温，也能够及时的高质量的散热，从而提高 LED的功率，作为晶体材料具有良好的物理化学稳定性，提高了发光效率。
图1是本发明单晶片用于白光LED的封装示意图1.支架，支撑导线。2.芯片，发蓝光LED。3.单晶片，用来替换荧光粉状发光材料。 4.导线5.玻璃罩，增大发光面积。
具体实施例方式实例1 用61 % Al2O3，35% Y2O3和4% CeO2配比的原料进行混合放入60mm直径的 铱坩埚内，在D400单晶炉内加热至1970°C融化，采用纯YAG单晶棒作为籽晶进行晶体的生 长，转速为12r/min，等径拉速为2. Omm/h,生长晶体尺寸为直径20mm，长83mm。将生长出的 晶体根据所需尺寸固定在玻璃上用碳片切割机进行切割，用丙酮浸泡下晶片进行研磨和抛 光，显微观察无砂眼和缺陷，再进行6个小时以上的抛光，加工完的晶片尺寸为厚度0. 2mm, 边长为1. 2mm的单晶片，将单晶片用无影胶粘剂封装在额定功率为Iw的LED芯片(单个 LED发光芯片尺寸为ImmX Imm)上进行封装完成LED的装置，调节电流为200_450mA，比荧 光粉通电电流高33 %以上，白光色温在6000K左右，散热温度较荧光粉低30 %左右，芯片无 损坏，光通量为701m以上。实例2 用65% Al2O3，33% Y2O3和2% CeO2配比的原料进行混合放入60mm直径的 铱坩埚内，在D400单晶炉内加热至1970°C融化，纯YAG单晶棒作为籽晶进行晶体的生长，转 速为12r/min，等径拉速为2. Omm/h,生长晶体尺寸为直径18mm，长63mm。将晶片进行研磨 和抛光，显微观察无砂眼和缺陷，再进行6个小时以上的抛光，将单晶体进行抛光后加工成 0. 5mm厚度，边长为2. 2mm左右的片状，用无影胶粘剂封装在功率为3w的LED芯片(单个 LED芯片尺寸为2mmX 2mm)上，调节电流为300_750mA，高于荧光粉封装的白光LED的650mA 的最大通电电流，电压为0-3. 6V，发光性能良好，白光色温柔和，散热温度较荧光粉低30% 以上，发光照度较荧光粉略有下降，最大功率下光通量达到1201m以上。实例3 用59% Al2O3，40% Y2O3和1 % CeO2配比的原料进行混合放入60mm直径的 铱坩埚内，在D400单晶炉内加热至1970°C融化，纯YAG单晶棒作为籽晶进行晶体的生长，转 速为llr/min，等径拉速为2. 2mm/h,生长晶体尺寸为直径9. 5mm,长28. Omm ；将单晶体进行 抛光后加工成0. 8mm厚度，边长为2. 5mm的片状，用无影胶粘剂封装在功率为3w的LED芯片 (单颗LED发光芯片尺寸为2mmX2mm)上，调节电流为300_750mA，高于荧光粉封装的白光 LED的650mA的额定通电电流，电压为0_3. 6V，发光性能良好，白光色温在6000K左右，散热 温度较荧光粉低40%以上，光通量较荧光粉略有下降，最大功率下光通量达到IlOlm以上。实例4 用55% Al2O3，41 % Y2O3和4% CeO2配比的原料进行混合放入60mm直径的 铱坩埚内，在D400单晶炉内加热至1970°C融化，纯YAG单晶棒作为籽晶进行晶体的生长， 转速为llr/min，等径拉速为1. 8mm/h，生长晶体尺寸为直径7. 5mm，长15mm，将晶体加工为 厚度1. 2mm，边长为4. 5mm的片状，将单晶片用无影胶粘剂封装在单颗LED蓝光芯片(单颗 LED发光芯片尺寸为4mmX4mm)上，额定功率为5W，通电电流为500mA_l 150mA，高于荧光粉 封装的白光LEDlOOOmA，散热量良好，测试光通量达到2001m。
权利要求
一种将单晶体用于白光LED的制作方法，其特征在于用YAG:Ce3+单晶体作为白光LED的发光材料，用摩尔比45％ 70％Al2O3，20％ 40％Y2O3和0％ 4％CeO2配比的原料进行YAG:Ce3+单晶的生长，将加工的YAG:Ge3+单晶片封装在LED发光芯片上。
2.如权利要求1所述的将单晶体用于白光LED的制作方法，其特征在于YAG:Ce3+单晶 片为切割和抛光后加工成0. 2-5mm厚度的规则光亮的薄片。
3.如权利要求1所述的将单晶体用于白光LED的制作方法，其特征在于YAG:Ce3+单晶 片的所有面抛光，晶体透明光亮，表面积比发光二极管芯片大2%-15%。
4.如权利要求1所述的将单晶体用于白光LED的制作方法，其特征在于将YAG:Ce3+单 晶片用无影胶粘剂平行封装在LED发光芯片上，与LED发光芯片相接触。
全文摘要
本发明涉及一种将单晶体用于白光LED的制作方法，用YAG:Ce3+单晶体作为白光LED的发光材料，其设计思路为根据掺铈钇铝石榴石的配方用45％-70％Al2O3，20％-40％Y2O3和0％-4％CeO2配比的原料在铱坩埚中加热至1970℃，将原料加热为熔体，用纯YAG晶体做籽晶，在D400单晶炉中进行晶体的生长，得到各种浓度完整的没有明显的瑕疵的单晶。用碳片切割机将晶体粘到有机玻璃上进行切割成所需尺寸厚度约为0.2-5mm的晶片，用丙酮浸泡12小时后，过粗砂与细砂磨平后，利用抛光机将晶体两面经6小时以上抛光，显微检测无砂眼和缺陷，将加工完成的不同浓度厚度的晶片用耐高温胶体封装在LED发光二极管上，晶体具有良好的热导性和物理化学稳定性，能有效的提高LED的发光效率和延长LED的使用寿命。
文档编号H01L33/50GK101894900SQ201010219439
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者刘娇, 王涛, 聂朦, 邹玉林 申请人:北京工业大学