CN102002269B - 配置白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种配置白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法，该白光发光二极管荧光粉涂覆液包括荧光粉和粘结剂，粘结剂为无机化合物纳米硅溶胶；无机化合物纳米硅溶胶和荧光粉的重量百分比分别为60-85％和40-15％。该方法包括：将所述硅溶胶缓慢倒入盛有15％-40％荧光粉的球磨罐中，再加入直径分别为φ6、φ10、φ15且重量比为2∶1∶1的球磨球进行混合磨。该荧光粉涂覆液是利用纳米硅溶胶对荧光粉起到“包膜”效应，减少了有害的紫外辐射对荧光粉的损害，降低了荧光粉的热淬灭性，从而减小荧光粉的衰减和发光二极管的颜色漂移及改善发光二极管的耐老化性能。

Description

配置白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法
技术领域
本发明涉及白光发光二极管封装技术领域，特别涉及一种配置白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法。
背景技术
发光二极管(LED)具有高效节能、绿色环保等优点。白光LED的技术进步为LED进入通用照明领域创造了条件，LED被业界普遍认为是21世纪主要的照明光源。在技术上，白光LED的实现途径主要有：利用RGB(红、绿、蓝)三基色多个芯片或多个器件发光混合成白色；在紫外光芯片涂上RGB荧光粉，利用紫光激发荧光粉产生三基色混色形成白光，或者在蓝光LED芯片涂上YAG(钇铝石榴石)荧光粉，利用芯片发出的蓝光激发荧光粉发出黄绿光与蓝光合成白光，或者其他颜色的荧光粉与芯片的配合形式。由于RGB芯片之间存在光学参数(如波长、光强)和电学参数(如正向电压)差异，以及目前紫外光芯片和RGB荧光粉效率较低等原因，蓝色芯片涂覆YAG荧光粉仍是目前应用最广泛的LED白光实现方式。
目前在LED芯片上荧光粉涂布方法主要是将荧光粉均匀分散到有机胶体(如环氧、有机硅)中，然后涂覆到芯片上(或者直接将混合物对LED进行封装)，经加热固化形成荧光粉涂层，然后进行器件封装。
专利US5998925(Nichia，Japan)中荧光粉涂覆方法是将荧光粉如Y3(Al1-sGa)5O12Ce或Re3Al5O12:Ce(其中0≤s≤1，Re＝Y、Ga、La)与环氧树脂、脲醛树脂、硅脂等按照一定配比混合均匀，然后涂布在发光二极管芯片表面，涂布完成后烘干固化。专利US6603258(Lumileds Lighting，US)则是把红色荧光粉(Sr，Ca，Ba)S:Eu2+与环氧树脂混合均匀涂覆在蓝绿色芯片上，涂布完成后烘干固化。专利US6245259(Osram，Germany)是把荧光粉如YAG:Ce与环氧树脂按照一定配比混合均匀，然后涂布在发光二极管芯片表面，然后烘干固化。专利US6600175(Cree，US)是把有机或无机荧光粉与聚合物基质混合均匀然后涂覆在蓝色或紫外发光二极管芯片表面。专利CN03821480(Toyoda Gosei，Japan)是将红、绿、蓝和/或黄色荧光粉与环氧树脂或硅树脂混合对芯片进行封装。
上述传统的荧光粉涂覆方式容易产生以下问题：1、有机胶体(如环氧、有机硅)不能有效防护紫外线照射，导致荧光粉受到损害，如老化衰减、颜色漂移等。文献《白光LED中的荧光粉老化研究》(佛山科学技术学院(自然科学版)，2007，25(4)，6-8)分析和证实了荧光粉在热效应、电流效应下转换率的衰减是影响白光LED老化的重要因素之一；专利CN201062757Y(诸建平)即是将荧光粉层改变到透镜上从而加大了荧光粉层与芯片的距离来避免荧光粉的衰减和老化；2、涂覆过程中因为荧光粉与有机胶体密度差距较大引起快速沉降，工艺上需要不停的搅拌荧光粉与胶液的混合液体以减轻这种趋势；3、LED使用过程中，非结晶有机高分子链段相对于分子中的其它部分的转动、移动和取向等形式的热运动，会导致荧光粉发生进一步的迁移、沉降或团聚，从而导致LED颜色的漂移。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种配置白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法，该荧光粉涂覆液最大的优点就是纳米硅溶胶对荧光粉起到“包膜”效应，减少了有害的紫外辐射对荧光粉的损害，降低了荧光粉的热淬灭性，从而减小荧光粉的衰减和发光二极管的颜色漂移及改善发光二极管的耐老化性能。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
本发明还提供一种配制白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法，所述白光发光二极管荧光粉涂覆液包括荧光粉和粘结剂，所述粘结剂为无机化合物纳米硅溶胶，所述无机化合物纳米硅溶胶和荧光粉的重量百分比分别为60-85％和40-15％，该方法包括：将硅溶胶和荧光粉均匀混合；其中，所述将硅溶胶和荧光粉均匀混合具体包括：将所述硅溶胶缓慢倒入盛有15％-40％荧光粉的球磨罐中，再加入直径分别为φ6、φ10、φ15且重量比为2∶1∶1的球磨球进行混合磨。
其中，所述球磨罐的转速为80-100n/min，球磨时间为3-6h(视颗粒的粒度而定)。
本发明提供一种配置白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法，相对于传统的有机树脂与荧光粉混合进行涂布的方式，本发明具有以下优点：
1、本发明中的硅溶胶属于纳米胶，纳米胶本身对荧光粉起到“包膜”效应，减少了紫外辐射对荧光粉的损害，降低了荧光粉的热淬灭性，从而减小荧光粉的衰减和发光二极管的颜色漂移及改善发光二极管的耐老化性。文献《有机-无机杂化凝胶法合成YAG:Ce3+荧光粉的包膜及其稳定性》(无机化学学报，2003.11)证实了“包膜”对于荧光粉稳定性的良好的改进作用。
2、因荧光粉密度与树脂密度差距较大，荧光粉会产生迅速的沉淀，从而影响其涂布均匀性。而本发明的白光发光二极管荧光粉涂覆液使用无机粘结剂，因其密度与荧光粉密度差距变小，减缓了荧光粉沉淀速度，涂布均匀性变好。
3、LED使用过程中，非结晶有机高分子链段相对于分子中的其它部分的转动、移动和取向等形式的热运动，会导致荧光粉发生进一步的迁移、沉降或团聚，从而导致LED颜色的漂移。而本发明中的硅溶胶固化后为无机高分子，不会产生链段热运动，且与无机荧光粉有更好的相容性。该发明很好的改善了LED的可靠性和稳定性。
4、由于GaN芯片具有高的折射率(约为2.2)，为了能够有效的减少界面折射带来的光损失，尽可能提高取光效率，要求封装材料的折射率尽可能高。例如，如果折射率从1.5增加到1.6，取光效率能提高约20％。传统的环氧树脂、硅胶或硅树脂材料的折光指数仅为1.4左右，而理想封装材料的折光指数应该尽可能的接近GaN的折光指数。本发明荧光粉涂覆液固化后LED芯片界面为SiO2，它具有较高的折射率(1.54-1.55)，较之传统的有机封装材料折射率高，能进一步提高封装器件的出光效率。
具体实施方式
本发明实施例提供一种白光发光二极管荧光粉涂覆液及其配制方法和涂布方法，该荧光粉涂覆液最大的优点就是纳米硅溶胶对荧光粉起到“包膜”效应，减少了有害的紫外辐射对荧光粉的损害，降低了荧光粉的热淬灭性，从而减小荧光粉的衰减和发光二极管的颜色漂移及改善发光二极管的耐老化性能。
本发明实施例提供一种白光发光二极管荧光粉涂覆液，包括荧光粉和粘结剂，所述粘结剂为无机化合物纳米硅溶胶。下面公开一种白光发光二极管荧光粉涂覆液的优选实施例。
实施例一：荧光粉涂覆液是由重量百分比分别为60％、35％和5％的硅溶胶、荧光粉和去离子水组成。其中，硅溶胶采用无机化合物纳米硅溶胶；去离子水的作用是调节涂覆液的粘度。在其它实施例中，可以采用蒸馏水代替去离子水；在进一步的实施例中，还可以加入加固剂、增塑剂和分散剂等作为添加剂。
该实施例中的硅溶胶属于纳米胶，纳米胶本身对荧光粉起到“包膜”效应，减少了紫外辐射对荧光粉的损害，降低了荧光粉的热淬灭性，从而减小荧光粉的衰减和发光二极管的颜色漂移及改善发光二极管的耐老化性。该白光发光二极管荧光粉涂覆液使用无机粘结剂，因其密度与荧光粉密度差距变小，减缓了荧光粉沉淀速度，涂布均匀性变好。
本发明实施例提供一种配制上述的白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法，将硅溶胶和荧光粉均匀混合。下面公开一种上述实施例一中白光发光二极管荧光粉涂覆液的配制方法的优选实施例。
实施例二：在常温下，将60％的中性硅溶胶及5％的去离子水、其他添加剂(如加固剂、增塑剂和分散剂等)缓慢倒入盛有35％荧光粉的球磨罐中，再加入一定量的磨球混合磨。其中直径分别为φ6、φ10、φ15的玛瑙磨球的重量比根据所需粒径而定，本实例优选比例为2∶1∶1。球磨机的转速90n/min，约磨4h。该实施例中的硅溶胶固化后为无机高分子，不会产生链段热运动，且与无机荧光粉有更好的相容性。因而改善了LED的可靠性和稳定性。
本发明实施例提供一种基于上述的白光发光二极管荧光粉涂覆液的涂布方法，将所述涂覆液加入液体精密定量点胶装置对发光二极管芯片进行点胶涂布，涂布完成后的芯片放置在100-150℃烘箱内烘20-30分钟，当溶剂挥发完后进行下一步的树脂封装工艺。下面公开一种基于上述实施例一和二的白光发光二极管荧光粉涂覆液的涂布方法的实施例。
实施例三：将调配好的涂覆液加入液体精密定量点胶装置对发光二极管芯片进行点胶涂布，涂布完成的芯片放置在100-150℃烘箱内烘20-30分钟让溶剂挥发完，然后进行树脂封装工艺。其中，以温度为120℃、时间为20-30分钟的烘箱固化条件作为优选方案。使用上述涂覆液较之传统的有机封装材料折射率高，能进一步提高封装器件的出光效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种配制白光发光二极管荧光粉涂覆液的方法，所述白光发光二极管荧光粉涂覆液包括荧光粉和粘结剂，所述粘结剂为无机化合物纳米硅溶胶，所述无机化合物纳米硅溶胶和荧光粉的重量百分比分别为60-85％和40-15％，其特征在于，包括：将硅溶胶和荧光粉均匀混合；其中，所述将硅溶胶和荧光粉均匀混合具体包括：将所述硅溶胶缓慢倒入盛有15％-40％荧光粉的球磨罐中，再加入直径分别为φ6、φ10、φ15且重量比为2∶1∶1的球磨球进行混合磨。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述球磨罐的转速为80-100n/min，球磨时间为3-6h。
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