CN101093869A - 基于水溶性感光胶的功率型白光led平面涂层工艺 - Google Patents

基于水溶性感光胶的功率型白光led平面涂层工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，包括以下步骤：①配制有机胶体；②配制光敏剂溶液；③混合成感光体系：将有机胶体与光敏剂按比例混合，加入少量分散剂或消泡剂使光敏剂均匀分散于有机胶体中，形成符合要求的感光体系；④配制含有荧光粉的感光胶悬浮液：将功能有机成分、荧光粉和步骤③所得感光液按比例混合，搅拌均匀，制得荧光粉粉浆；⑤涂覆：将步骤④所得的荧光粉粉浆涂覆在LED芯片表面上，形成荧光粉涂层，并在暗室中自然阴干或风干；⑥曝光显影：得到平面结构的荧光粉层；⑦固化处理：将步骤⑥所得到的平面结构的荧光粉层进行固化，使粉层的物化特性稳定。

Description

基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺。
背景技术
LED是light emitting diode的简称。1993年，蓝色GaN发光二极管上获得技术突破，并于1996年实现白光LED，近几年正向***照明光源的发展——以白光LED为主的半导体照明光源的方向发展。白光LED具有低电压驱动、低功耗、高可靠、长寿命等优点，是一种符合环保、节能的绿色照明光源。因此，它的问世引起各国政府和诸多商家公司赋予极大热忱和高度重视。
到目前为此，已知的共有四条途径可以实现白光LED，其中一个重要途径是在蓝光LED芯片的表面涂覆一层厚度适当的黄色荧光粉(YAG:Ce3+)，黄色荧光粉吸收从蓝色LED芯片发出的部分蓝光后转变为黄光，产生的黄光和剩下的蓝光通过混色原理叠加形成白光。然而在现有工艺条件下，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、喷涂等工艺涂覆荧光粉与胶体的混合层，得到的荧光粉层厚度不均匀，从而使LED出光的均一性差，且混合荧光粉的胶体有一定的衰减性，对白光LED产品的寿命也有影响。并且器件间的荧光粉厚度不可重复，这大大限制了成品率和产业化批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，该工艺将荧光粉与合适的水性感光胶混合，通过对涂胶、曝光、显影等相关参数的改变，从而对荧光粉层的形状、厚度进行控制，得到厚度、均匀性和相关物化特性都满足需要的荧光粉层，改善荧光粉层相关物化特性，提高LED器件的整体性能，满足产业化批量生产的需要。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，包括以下步骤：
①配制有机胶体：按有机成分与去离子水的质量比为2～22∶100比例配制有机胶体，静止至气泡消失，所述有机成分为聚乙烯醇(PVA)；
②配制光敏剂溶液：按重铬酸铵或者重氮化合物与去离子水的质量比为0.02～12∶100比例配制光敏剂；
③混合成感光体系：将有机胶体与光敏剂按体积比为2～20∶1比例混合，然后加入消泡剂，其中消泡剂与混合液的体积比为1∶2～20，该消泡剂为稀释了5～30倍的有机硅消泡剂或硅油消泡剂；
④配制含有荧光粉的感光胶悬浮液：将步骤③所得感光体系和功能有机成分以及荧光粉混合，所述感光体系和功能有机成分按体积比为2～100∶1进行配比，荧光粉的量按与感光体系0.1～1g/ml的比例添加；
⑤涂覆：将步骤④所得的感光胶悬浮液涂覆在LED芯片表面上，形成荧光粉涂层，并在暗室中自然阴干或风干；
⑥曝光显影：将完成步骤⑤的LED芯片接上电源，让芯片自身发光对粉层中的感光成分进行曝光，通过芯片的电流和通电时间的控制即曝光光通量的控制来实现不同的曝光程度，然后在温度为50～90℃的显影液中显影，显影时间为1～10min，得到具有平面结构的荧光粉层；
⑦固化处理：将步骤⑥所得到的荧光粉层进行固化(如热固化，二次光固化)，使粉层的物化特性稳定。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，步骤①中配制有机胶体时，加入无水乙醇、冰乙酸和分散剂中的一种或者多种，其中无水乙醇加入量占总体积的5～25％，冰乙酸加入量占总体积的1～5％，分散剂的加入量为占总质量的0.001～1％，所述分散剂为含有磺酸基的有机化合物，无水乙醇减少溶解过程中产生的气泡，冰乙酸加速有机胶的溶解；分散剂能使光敏剂均匀分散于有机胶体中。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤④中，所述功能有机成分为粘合剂或抗紫外或抗氧化剂，可以是硅胶、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯和丙烯酸酯聚合物中的一种或者多种。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤④中，若选择硅胶为粘合剂，则需加入乳化剂进行乳化，该乳化剂为O/W型乳化剂；若选择环氧树脂，需加入固化剂，环氧树脂和固化剂的重量比为10∶1～5，所述固化剂为苯酚树脂或氨基树脂等高分子固化剂。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤④中，加入特定功能有机成分形成具有稳定内外相结构的粉浆和荧光粉层。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤④中，荧光粉可以首先与功能有机成分混合均匀，再与步骤③所得感光液混合，得到感光粉浆；也可以先让功能有机成分与步骤③所得感光液混合均匀，再加入荧光粉混合均匀。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤⑤中，荧光粉层涂覆方法采用旋转涂胶法、喷涂法、滴胶法和印刷法中的一种。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤⑥中曝光，可以采用芯片自曝光的方式；也可以采用UV光结合掩模板的外曝光方式。
按照本发明所提供基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤⑦中，固化方式为二次曝光或者UV再固化或者热固化。
本发明的所提供的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，以有机胶体(如PVA，聚乙烯醇)和光敏剂(如ADC，重铬酸铵、重氮化合物)组成的感光体系为荧光粉的载体，感光体系、功能有机化合物(如粘合剂、抗紫外、抗氧化剂)和荧光粉混合均匀后，形成含荧光粉的感光胶悬浮液(即粉浆)，为了得到更加稳定的悬浮液，可以引入相关的分散剂、消泡剂。通过涂胶、曝光、显影后，在LED芯片表面形成以有机胶体为外相、功能有机化合物为内相的平面结构荧光粉涂层，改善器件的光学均匀性和热稳定性，从而提高功率型白光LED器件的整体性能。
附图说明
图1(图1a～图1d)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，其中图1a是所选用LED芯片的结构示意图，图1b是涂覆有荧光粉粉浆的LED芯片的示意图，图1c是曝光显影后得到的粉层图案示意图，图1d是荧光粉层后固化的示意图；
图2是本方案制备的具有内外相结构的荧光粉层示意图。
其中，1、衬底，2、P区电极，3、N区电极，4、LED芯片，5、内相功能有机成分，6、外相感光体系，7、显影后的荧光粉层，8、后固化的荧光粉层。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例对本发明作进一步的说明。
图1(1a～1d)是使用本发明制作功率型白光LED荧光粉层过程的示意图，
图1a是所用LED芯片的结构示意图(1、衬底，2、P区电极，3、N区电极，4、LED芯片)，图1b是涂覆有荧光粉粉浆的LED芯片的示意图，5为内相功能有机成分，6为外相感光体系，荧光粉分散于内外相中，功能有机化合与感光体系混合均匀，加入适量的荧光粉并混合均匀后，形成含有荧光粉的感光胶悬浮液(即粉浆)，然后采用旋转涂胶法、喷涂法、滴胶法或印刷法等方式，将上述粉浆涂覆在LED芯片表面，图2b中，采用的是滴胶法形成的荧光粉层，荧光粉层涂覆后，应在暗室中自然阴干或风干。
图1c是芯片曝光显影后得到的荧光粉层示意图。曝光方式可以采用LED芯片自曝光或UV光结合掩模板的外曝光，通过曝光程度的控制，实现具有确定厚度和图案的荧光粉层。
图1d是后固化的荧光粉层示意图。后固化的方式可以是二次自曝光，也可以是UV再固化，还可以是热固化，以实现荧光粉层更加稳定的物化特性。
图2是本方案制备的具有内外相结构的荧光粉层示意图，其中5是内相功能有机成分，6是外相感光体系。
外相感光体系是由有机胶体(成膜剂)和光敏剂(增感剂)组成，且都是水溶性的，有机胶体如PVA，光敏剂如ADC或重氮化合物；内相功能有机成分选用硅胶、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、丙烯酸酯聚合物等，以改善粉层的粘合特性、抗紫外、抗氧化特性。加入荧光粉并均匀混合后，形成含荧光粉的感光胶悬浮液(即粉浆)，有时需要通过添加消泡剂、分散剂，以改善悬浮液的稳定性。其大致步骤如下：
第一、按一定质量比配制有机胶体，静置至气泡消失，这样可以增加有机胶体的稳定性。必要时，加入分散剂；
第二、按一定质量比配制光敏剂溶液；
第三、将有机胶体与光敏剂按一定比例混合，形成感光体系，可以加入适量的消泡剂，使光敏剂均匀分散于有机胶体中；
第四、取适量功能有机成分，称取相应质量的荧光粉，并取相应比例的感光液，三者混合搅拌均匀，得到含有荧光粉的感光胶悬浮液(即粉浆)。在混合时，加入适量的乳化剂(如硅胶情况)或固化剂(如环氧树脂情况)，使粉浆形成稳定的内外相结构。
第五、利用上述感光胶粉浆，采用旋转涂胶法、喷涂法、滴胶法或印刷法等方式，在LED芯片表面上涂覆一层粉浆，并在暗室中自然阴干或风干；
第六、对第五步得到的感光胶粉层进行曝光显影，曝光方式可以采用LED芯片自曝光或UV光结合掩模板的外曝光。
第七、将得到的具有平面结构的荧光粉层进行后固化处理，图1d所示，后固化处理的方式可以是二次自曝光，也可以是UV再固化，还可以是热固化。以实现荧光粉层更加稳定的物化特性。
以下是本发明的具体实施例：
实施例一
称量3.5g聚乙烯醇(PVA)和43.8mg的十二烷基磺酸钠与25ml去离子水混合，再加入2.5ml无水乙醇和0.5ml冰乙酸，在沸水浴中搅拌溶解约10min，溶液呈现透明均一状，无结核现象。静置，待气泡消失；
称量315.8mg重铬酸铵(ADC)与6ml去离子水混合均匀，在暗室中放置；
将PVA溶液与ADC溶液混合，并加入稀释20倍后的有机硅消泡剂6ml搅拌均匀后，在暗室中放置；
等体积量取硅胶A和硅胶B共310ul混合，称量800mg黄色荧光粉，与混合硅胶混合均匀后，再与3.1ml上步中的混合感光胶液体混合均匀，得到含有荧光粉的感光胶悬浮液(即粉浆)；
将感光粉浆点胶在芯片正表面上，在匀胶机进行匀胶，匀胶机的转速约为1400r，匀胶时间为10s，将匀胶好的芯片在暗室中约10min阴干；
调节恒流源的电流为10mA，将芯片正负极接在恒流的电极上，接通电源，曝光时间为1～5s；
在85℃的水浴中显影，时间约为3～5min；
用高压汞灯(300W，365nm)的紫外光源，后曝光5min。
实施例二
称量3.763g聚乙烯醇(PVA)与50ml去离子水混合，在沸水浴中搅拌溶解约15min，溶液呈现透明均一状，无结核现象。静置，待气泡消失；
称量315.8mg重铬酸铵(ADC)与6ml去离子水混合均匀，在暗室中放置；
将PVA溶液与ADC溶液混合，搅拌均匀后，在暗室中放置；
等体积量取硅胶A和硅胶B共310ul混合，称量800mg黄色荧光粉，与混合硅胶混合均匀后，再与3.1ml上步中的混合感光胶液体混合均匀，得到含有荧光粉的感光胶悬浮液(即粉浆)，在真空干燥箱中除去粉浆中的气泡；
将感光粉浆点胶在芯片正表面上，涂覆均匀，将涂好的芯片在暗室中约30min自然阴干；
调节恒流源的电流为10mA，将芯片正负极接在恒流的电极上，接通电源，曝光时间为1～5s；
在85℃的水浴中显影，时间约为3～5min；
用高压汞灯(300W，365nm)的紫外光源，后曝光5min。

Claims (7)

1、一种基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，包括以下步骤：
①配制有机胶体：按有机成分与去离子水的质量比为2～22∶100比例配制有机胶体，静止至气泡消失，所述有机成分为聚乙烯醇；
②配制光敏剂溶液：按重铬酸铵或重氮化合物与去离子水的质量比为0.02～12∶100比例配制光敏剂；
③混合成感光体系：将有机胶体与光敏剂按体积比为2～20∶1比例混合，然后加入消泡剂，其中消泡剂与混合液的体积比为1∶2～20，该消泡剂为稀释了5～30倍的有机硅消泡剂或硅油消泡剂；
④配制含有荧光粉的感光胶悬浮液：将步骤③所得感光体系和功能有机成分以及荧光粉混合，所述感光体系和功能有机成分按体积比为2～100∶1进行配比，荧光粉的量按与感光体系0.1～1g/ml的比例添加；
⑤涂覆：将步骤④所得的感光胶悬浮液涂覆在LED芯片表面上，形成荧光粉涂层，并在暗室中自然阴干或风干；
⑥曝光显影：将完成步骤⑤的LED芯片接上电源，让芯片自身发光对粉层中的感光成分进行曝光，然后在温度为50～90℃的显影液中显影，显影时间为1～10min，得到具有平面结构的荧光粉层；
⑦固化处理：将步骤⑥所得到的荧光粉层进行固化，使粉层的物化特性稳定。
2、根据权利要求1所述的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，步骤①中配制有机胶体时，加入无水乙醇、冰乙酸和分散剂中的一种或者多种，其中无水乙醇加入量占总体积的5～25％，冰乙酸加入量占总体积的1～5％，分散剂的加入量为占总质量的0.001～1％，所述分散剂为含有磺酸基的有机化合物。
3、根据权利要求1所述的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤④中，所述功能有机成分是硅胶、环氧树脂、聚醋酸乙烯酯和丙烯酸酯聚合物中的一种或者多种。
4、根据权利要求1所述的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤④中，功能有机成分若选择硅胶为粘合剂，则需加入乳化剂进行乳化，该乳化剂为O/W型乳化剂；若选择环氧树脂，需加入固化剂，环氧树脂和固化剂的重量比为10∶1～5，所述固化剂为苯酚树脂或氨基树脂等高分子固化剂。
5、根据权利要求1所述的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤⑤中，荧光粉层涂覆方法采用旋转涂胶法、喷涂法、滴胶法和印刷法中的一种。
6、根据权利要求1所述的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤⑥中，曝光方式采用芯片自曝光的方式或者采用UV光结合掩模板的外曝光方式。
7、根据权利要求1所述的基于水溶性感光胶的功率型白光LED平面涂层工艺，其特征在于，在步骤⑦中，固化方式为二次曝光或者UV再固化或者热固化。
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