CN102107178A

CN102107178A - 荧光材料涂布方法及其所制备的基板

Info

Publication number: CN102107178A
Application number: CN2009102656071A
Authority: CN
Inventors: 李威汉
Original assignee: Individual
Current assignee: Suzhou Duolis Technology Co ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: CN102107178B

Abstract

本发明是有关于一种荧光材料涂布方法及其所制备的基板，其中，此荧光材料涂布方法包括下列步骤：(A)将一荧光材料分散于一第一溶剂中，以形成一荧光材料溶液；(B)将一基板置于一容器，并注入一第二溶剂，且第二溶剂覆盖该基板的表面；(C)将荧光材料溶液添加至第二溶剂，以于第二溶剂表面形成一荧光材料薄膜；以及(D)移除容器中的第二溶剂，使荧光材料薄膜形成于基板表面。

Description

荧光材料涂布方法及其所制备的基板

技术领域

本发明是关于一种荧光材料涂布方法及其所制备的基板，尤其指一种可于基板上均匀涂布荧光材料的方法，以制得具有性质均一且折射率佳的涂布有荧光材料的基板。

背景技术

近年来，因发光二极管(LED)具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、及组件体积小等优点，已广泛应用于各种发光装置中，并取代数种照明设备。

然而，LED却难以应用于民生照明市场，除了发光二极管具有散热、亮度不足和亮度递减等问题外，还具有无法直接激发出白光的问题。因此，已有许多研究企图发展出高效率的白光LED，以取代现有的照明设备。

目前主流的白光LED，是利用蓝光发光二极管芯片配合黄光的YAG荧光粉体，以做为白光光源。虽然以此互补色原理所产生白光，其光谱波长分布的连续性不如太阳光，而有色彩不均的情形，故色彩饱和度较低。因此，以此方式产生的白光光源仅可用于简单的照明用，并无法广泛应用于民生照明市场。

此外，亦可利用紫外光发光二极管芯片配合红光、绿光、以及蓝光三色荧光粉，由红蓝绿三原色的混光机制，可混合成白光。

目前，形成可发出白光的发光二极管是采用下述方法进行封装。首先，依预定色温秤取一适当比例的一种以上的荧光粉。接着，将荧光粉加入至树脂(如：硅氧树脂或环氧树脂)并搅拌，使荧光粉可均匀分散于树脂中。而后，将分散有荧光粉的树脂与固化剂混合，以点胶机将分散有荧光粉的胶体102覆盖于LED芯片101上，经烘干及封装工艺，可制得一LED组件10，如图1所示。

然而，依照上述方法所制得的LED组件，由于荧光粉的外型及尺寸不规则，故荧光粉层容易因荧光粉材质性质不统一，而导致色温不准与混光不均等问题。因此，目前亟需发展出一种荧光粉涂布方法，其可制作出混光均匀且折射率佳的基板，以应用于LED发光照明设备中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光材料涂布方法，其可以简便的方法将荧光粉形成于基板上。

本发明的另一目的在于提供一种涂布有荧光材料的基板，其表面具有性质均一的荧光粉，而可做为发光二极管的发光组件。

为实现上述目的，本发明提供的荧光材料涂布方法，包括下列步骤：

(A)将一荧光材料分散于一第一溶剂中，以形成一荧光材料溶液；

(B)将一基板置于一容器，并注入一第二溶剂，且第二溶剂覆盖基板的表面；

(C)将荧光材料溶液添加至第二溶剂，以于第二溶剂表面形成一荧光材料薄膜；以及

(D)移除容器中的第二溶剂，使荧光材料薄膜形成于基板表面。

于本发明的荧光材料涂布方法中，当将荧光材料溶液缓慢滴入第二溶剂中，而可形成一荧光材料薄膜。同时，由缓慢移除第二溶剂，而可使荧光材料薄膜良好形成在基板表面。

于本发明的荧光材料涂布方法中，于步骤(D)后，可还包括一步骤(E)：干燥形成有荧光材料薄膜的基板，以去除悬浮荧光材料的第一溶剂。同时，于步骤(E)后，可还包括一步骤(F)：重复该步骤(A)至步骤(E)，以形成复数层荧光材料薄膜。

于本发明的荧光材料涂布方法中，第一溶剂与第二溶剂并无特殊限制，只要第二溶剂比重与张力均大于第一溶剂即可。较佳地，第一溶剂是选自由水、乙醇、丙醇、及其混合物所组成的群组；该第二溶剂是选自由水、乙醇、丙醇、及其混合物所组成的群组。

此外，为使荧光材料薄膜可更加牢靠的形成在基板表面，可还利用溶胶凝胶法于荧光材料薄膜表面形成有一填充层，以使荧光材料薄膜具有理想的折射率。因此，于本发明的荧光材料涂布方法中，于步骤(E)后，可还包括下列步骤：(G)提供一醇盐溶液以及-酸性溶液；(H)混合醇盐溶液及酸性溶液，以得到一混合溶液；以及(I)将此混合溶液涂布于荧光材料薄膜上，以形成一填充层。同时，于步骤(I)后，可还包括一步骤(J)：热处理形成有填充层的基板，再退火处理形成有填充层的基板。

于本发明的荧光材料涂布方法中，醇盐可为一硅醇盐、或一金属醇盐，且金属醇盐的金属选自由Al、Zn、Zr、Y、Ti、Co、Mn、Ni、Cu、Pb、及其组合所组成的群组。此外，酸性溶液可为硝酸、盐酸、氢氟酸、硫酸、磷酸或柠檬酸溶液。再者，酸性溶液可还包含YAG、Y₂O₃、AlN或其混合物。同时，酸性溶液可再包含至少一选自由Ce、Nd、La、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、Tm、Yb、Lu、Li、Mg、Ca、Sr、Ba及其它镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的群组的金属离子。

另一方面，本发明还提供一种利用上述方法所制备的涂布有荧光材料的基板，其包括：一基板、以及一位于基板上的荧光材料薄膜。其中，荧光材料包括一球型载体以及一荧光粉体；或是荧光材料为一荧光粉体。此外，本发明的涂布有荧光材料的基板中，可还包括一填充层，位于荧光材料薄膜上，且荧光材料薄膜位于基板及填充层间。

因此，利用本发明的荧光材料涂布方法所制作的涂布有荧光材料的基板，由于荧光材料粒径及性质均一，而可于基板表面形成均匀的荧光材料薄膜。同时，通过荧光材料薄膜上的填充层，除了可保护荧光奈材料薄膜不会轻易从基板上剥离，更可提升所形成基板的折射率。

于本发明的荧光材料涂布方法及涂布有荧光材料的基板中，荧光材料包括一球型载体、以及一荧光粉体。其中，荧光粉体可覆盖球型载体表面；荧光粉体可包含于球型载体内部；或部分荧光粉体覆盖球型载体表面，而部分荧光粉体包含于球型载体内部。同时，球型载体的材料可为SiO_x、TiO_x、PS、PMMA或三聚氰胺树脂。荧光粉体的材料可为一般公知的荧光粉，如：选自由ZnO、ZrO₂、PbO、Y₂O₃、Y₂O₂、Zn₂SiO₄、Y₃Al₅O₁₂、Y₃(AlGa)₅O₁₂Y₂SiO₅、LaOCl、InBO₃、ZnGa₂O₄、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、Zn_xCd_1-xS、Y₂O₂S、AlN及Gd₂O₂S所组成的群组的化合物，且做为荧光粉体的化合物可还掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn及其它镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的群组的元素。再者，球型载体的粒径较佳地是介于350nm至10μm之间，更佳地是介于350nm至5μm之间；而荧光粉体的粒径较佳地是介于10nm至5000nm之间，更佳地是介于10nm至100nm之间，最佳地是介于10nm至30nm之间。

再者，于本发明的荧光材料涂布方法及涂布有荧光材料的基板中，基板可为任何LED芯片或LED组件半成品，较佳为一蓝宝石基板、一形成有外延层的蓝光磊芯片或芯片倒装LED芯片。

此外，于本发明的涂布有荧光材料的基板中，填充层的材料可为SiO₂、Al₂O₃、ZnO、ZrO、Y₂O₃、TiO₂、CoO、MnO₂、NiO、CuO、PbO、及其复合物所组成的群组。同时，填充层可还包括YAG、Y₂O₃、AlN或其混合物，且YAG或Y₂O₃可还掺杂选自由Ce、Nd、La、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、Tm、Yb、Lu、Li、Mg、Ca、Sr、Ba及其它镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的群组的元素。

附图说明

图1是公知发光二极管的示意图。

图2A至图2F是本发明实施例1的荧光材料涂布于基板表面的步骤示意图。

附图中主要组件符号说明

10-LED组件；101-LED芯片；102-胶体；20-基板；210-荧光粉；211-第一溶剂；21-荧光粉薄膜；22-填充层；23-第二溶剂；24-容器。

具体实施方式

实施例1

配制荧光粉溶液

首先，取荧光粉做为一荧光材料，其中荧光粉的球型载体是采用粒径为500nm且材料为SiO₂的纳米球，而荧光粉体则采用粒径约30nm的Y₂O₃:La³⁺、YAG:La³⁺以及CdSe:ZnS的混合物，且荧光粉体是通过硅烷分子(APTMS)键结在球型载体表面。由调整各种荧光粉体的比例，经蓝光发光二极管激发后，此荧光粉可于其表面进行混光而发出白光。

而后，将荧光粉210混合于具有高分散性的第一溶剂211中，得到一荧光粉混合溶液，如图2A所示。在此，采用乙醇做为第一溶剂。

形成荧光粉薄膜

如图2B所示，取一基板20，并将其置于容器24底部，其中，此基板为一芯片倒装LED芯片。而后，于容器24中注入第二溶剂23，在此，采用纯水做为第二溶剂。接着，于第二溶剂23表面缓慢滴加荧光粉混合溶液，由于纯水的比重及张力高于乙醇，且更因由SiO₂所形成的荧光粉210具有多孔洞，故荧光粉210可排列在纯水表面，而形成一荧光粉薄膜21，如图2C所示。

而后，缓慢将第二溶剂23自容器24内抽出或自容器24底端泄出，直至荧光粉薄膜21贴近基板20表面，如图2D所示。接着，将容器24置于干燥处理设备(图中未示)中，以蒸发除去具高分散性的乙醇(图中未示)。待干燥完全后，则可得到一形成于基板20表面的荧光粉薄膜21，如图2E所示。

此外，还可重复如图2B至图2E等所示的上述步骤，形成具有多层结构的荧光粉薄膜，以使所形成的荧光粉薄膜混光效果达到预期的色温以及演色性。

将上述制得的涂布有荧光粉薄膜的芯片倒装LED芯片，经试点亮后，所发出的混光色温为5400K。

形成填充层

首先，提供一醇盐溶液，其中，此醇盐溶液可为硅醇盐类溶液或单一或复合金属醇盐溶液。于本实施例中，是采用硅醇盐(如：TEOS)的水溶液做为溶胶凝胶前趋溶液。

同时，亦提供一种酸性溶液，其中，此酸性溶液是通过将YAG及La³⁺盐类溶解于一硝酸所配制而成。

接着，将上述所配制的醇盐溶液与酸性溶液混合均匀后，以旋转涂布法将混合溶液涂布于荧光粉薄膜21上，而形成一填充层22，如图2F所示。由溶胶凝胶法，本实施例所制得填充层则为含有YAG:La³⁺的SiO₂材料层。

静置后，将具有荧光粉薄膜21及填充层22的基板20进行热处理，再进行退火处理，则完成本实施例的涂布有荧光材料的基板。

由热处理及退火处理，可使填充层22中的YAG再结晶，可提升荧光粉薄膜的材质均一性，且更可使荧光粉薄膜达到所预定的均一折射率。同时，由于填充层22形成在荧光粉薄膜上及荧光粉间的间隙中，故更可保护荧光粉不会从基板上剥离。

实施例2

本实施例的制作方法如实施例1所述。其中，本实施例所使用的荧光粉，是采用粒径为500nm且材料为SiO₂的纳米球做为球型载体，而荧光粉体则采用粒径约50nm的Y₂O₃:Eu³⁺、Y₂O₃:yb³⁺、Y₂O₃:Ce³⁺、YAG:Ce³⁺以及CdSe:ZnS的混合物，且荧光粉体的混合物是包含于球型载体内部。此外，本实施例待涂布的基板是使用蓝宝石基板。再者，使用Al及Ti复合金属醇盐溶液做为溶胶凝胶前驱溶液，并使用添加有La³⁺的Y₂O₃硝酸溶液，进行溶胶凝胶反应以形成填充层。因此，本实施例的填充层为含有Y₂O₃:La³⁺的Al₂O₃-TiO₂材料层。

实施例3

本实施例的制作方法如实施例1所述。其中，本实施例所使用的荧光粉，是采用粒径为1000nm且材料为SiO₂的纳米球做为球型载体，且球型载体内部包含CdSe:ZnS量子点；而荧光粉体则采用粒径约50nm的Y₂O₃:La³⁺以及YAG:La³⁺的混合物，且荧光粉体是通过硅烷分子键结在球型载体表面。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请的权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种荧光材料涂布方法，包括下列步骤：

A)将一荧光材料分散于一第一溶剂中，以形成一荧光材料溶液；

B)将一基板置于一容器，并注入一第二溶剂，且该第二溶剂覆盖该基板的表面；

C)将该荧光材料溶液添加至该第二溶剂，以于该第二溶剂表面形成一荧光材料薄膜；以及

D)移除该容器中的该第二溶剂，使该荧光材料薄膜形成于该基板表面。

2.如权利要求1所述的荧光材料涂布方法，其中，于步骤D后，包括一步骤E：干燥形成有该荧光材料薄膜的该基板。

3.如权利要求2所述的荧光材料涂布方法，其中，于步骤E后，包括一步骤F：重复该步骤A至步骤E，以形成复数层荧光材料薄膜。

4.如权利要求2所述的荧光材料涂布方法，其中，于步骤E后，包括下列步骤：

G)提供一醇盐溶液以及一酸性溶液；

H)混合该醇盐溶液及该酸性溶液，以得到一混合溶液；以及

I)涂布该混合溶液于该荧光材料薄膜上，以形成一填充层。

5.如权利要求4所述的荧光材料涂布方法，其中，于步骤I后，包括一步骤J：热处理形成有该填充层的该基板，再退火处理形成有该填充层的该基板。

6.如权利要求1所述的荧光材料涂布方法，其中，该第二溶剂的比重大于该第一溶剂。

7.如权利要求1所述的荧光材料涂布方法，其中，该荧光材料包括一球型载体以及一荧光粉体。

8.如权利要求7所述的荧光材料涂布方法，其中，该荧光粉体覆盖该球型载体表面。

9.如权利要求7所述的荧光材料涂布方法，其中，该荧光粉体包含于该球型载体内部。

10.如权利要求7所述的荧光材料涂布方法，其中，该球型载体的材料为SiO_x、TiO_x、PS、PMMA或三聚氰胺树脂，而X范围介于0.5～2之间。

11.如权利要求7所述的荧光材料涂布方法，其中，该球型载体的粒径介于350nm至10μm之间。

12.如权利要求7所述的荧光材料涂布方法，其中，该荧光粉体的粒径介于10nm至5000nm之间。

13.如权利要求1所述的荧光材料涂布方法，其中，该第一溶剂是选自由水、乙醇、丙醇及其混合物所组成的群组。

14.如权利要求1所述的荧光材料涂布方法，其中，该第二溶剂是选自由水、乙醇、丙醇及其混合物所组成的群组。

15.如权利要求1所述的荧光材料涂布方法，其中，该基板为一蓝宝石基板、一蓝光磊芯片或芯片倒装LED芯片。

16.如权利要求4所述的荧光材料涂布方法，其中，该醇盐为一硅醇盐或一金属醇盐，且该金属醇盐的金属选自由Al、Zn、Zr、Y、Ti、Co、Mn、Ni、Cu、Pb及其组合所组成的群组。

17.如权利要求4所述的荧光材料涂布方法，其中，该酸性溶液包含YAG、Y₂O₃、AlN或其混合物。

18.如权利要求4所述的荧光材料涂布方法，其中，该酸性溶液包含至少一选自由Ce、Nd、La、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、Tm、Yb、Lu、Li、Mg、Ca、Sr、Ba、Pr、Pm、Sm、Ho及Er所组成的群组的金属离子。

19.一种涂布有荧光材料的基板，包括：

一基板；以及

一荧光材料薄膜，位于该基板上，

其中，该荧光材料包括一球型载体以及一荧光粉体。

20.如权利要求19所述的基板，其中，包括一填充层，位于该荧光材料薄膜上，且该荧光材料薄膜位于该基板及该填充层间。

21.如权利要求19所述的基板，其中，该基板为一蓝宝石基板、一蓝光磊芯片或芯片倒装LED芯片。

22.如权利要求19所述的基板，其中，该荧光粉体是覆盖该球型载体表面。

23.如权利要求19所述的基板，其中，该荧光粉体是包含于该球型载体内部。

24.如权利要求19所述的基板，其中，该球型载体的材料为SiO_x、TiO_x、PS、PMMA或三聚氰胺树脂。

25.如权利要求19所述的基板，其中，该荧光粉体为至少一选自由ZnO、ZrO₂、PbO、Y₂O₃、Y₂O₂、Zn₂SiO₄、Y₃Al₅O₁₂、Y₃(AlGa)₅O₁₂Y₂SiO₅、LaOCl、InBO₃、ZnGa₂O₄、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、Zn_xCd_1-xS、Y₂O₂S、AlN、Gd₂O₂S所组成的群组的化合物，且X介于0.1至0.9之间。

26.如权利要求25所述的基板，其中，该化合物为掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、Pr、Pm、Sm、Ho及Er所组成的群组的元素。

27.如权利要求19所述的基板，其中，该球型载体的粒径介于350nm至10μm之间。

28.如权利要求19所述的基板，其中，该荧光粉体的粒径介于10nm至5000nm之间。

29.如权利要求20所述的基板，其中，该填充层的材料包含二氧化硅或一金属氧化物，且该金属氧化物的金属选自由Al、Zn、Zr、Y、Ti、Co、Mn、Ni、Cu、Pb及其组合所组成的群组。

30.如权利要求20所述的基板，其中，该填充层的材料包含YAG、Y₂O₃、AlN或其混合物。

31.如权利要求30所述的基板，其中，YAG或Y₂O₃掺杂选自由Ce、Nd、La、Eu、Tb、Gd、Dy、Er、Tm、Yb、Lu、Li、Mg、Ca、Sr、Ba、Pr、Pm、Sm、Ho及Er所组成的群组。