專利名稱：一種光學波長轉換器件以及在白光發光器件的應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學波長轉換涂層及制造方法以及白光發光器件的應用及制造方法。
背景技術：
白光LED作為新型照明 光源，具有節能、環保及長壽命等諸多優點，其工作原理是利用藍光芯片與黃色的熒光粉組合(或其它組合方式)來獲得白光。目前主要是將硅膠或樹脂與熒光粉混合后直接涂覆在藍光芯片表面進行封裝，然而這種封裝方式有一些缺點。在傳統的封裝工藝中硅膠或樹脂與熒光粉混合后被直接涂覆在LED藍光芯片上，熒光粉受激發出的光線部分會重新進入芯片被吸收，造成發光損失；此外，LED器件的散熱不暢會導致器件工作溫度升高，使得熒光體的發光波長發生漂移，發光強度下降。
發明內容
本發明的目的是提出一種光學波長轉換涂層的制造方法以及白光發光器件的應用，尤其是在透明基板上制造含熒光體涂層的方法，及利用含熒光體涂層的透明基板制造白光LED發光器件，該器件可以有效解決上述利用傳統的LED封裝工藝所制造的發光器件中出現的器件光效下降及熒光體發光特性劣化等問題。光學波長轉換器件，包含突光體涂層的基板，包含突光體的有機涂層制備在基板上，基板是透明的或半透明的；有機涂層包含一種或幾種熒光體與有機溶劑及粘結劑的混合物；有機涂層在基板的軟化溫度以下被熱固化。基板的材質是亞克力(PMMA) ,PMMA合金樹脂、聚碳酸酯、PC合金樹脂、環氧、丁苯、苯砜樹脂、CR-39、MS、NAS、聚氨脂光學樹脂、尼龍或PC增強的PMMA或MS樹脂。或透明的玻璃板。基板是平面板,球面、橢球面、卵形面、雙曲面或拋物面的一部分曲面形狀的柱面板材。有機涂層為一層或二層，其中的熒光體是LED黃色熒光粉、LED綠色熒光粉或LED紅色熒光粉，或上述任意二種熒光粉的混合物；二層含熒光體涂層結構中，第一涂層和第二涂層中的熒光粉成分為上述的任意二種。熒光體粉末與有機溶劑及粘結劑必須以一定比例混合一起混煉，形成漿料后涂覆在基板上，其中的熒光體粉末與有機溶劑加粘結劑混合物的體積比為1% 120% ;通過加熱使得有機液體與熒光體粉末固化在一起，固化溫度低于有機基板的固化溫度10 °C以上；使用玻璃基板時固化溫度最高到150_180°C。本發明涉及的包含熒光體涂層的基板的制造方法，(示意圖如圖I所示)。將熒光體C的粉末與有機溶劑及粘結劑的混合物混煉調成均勻的漿料，將漿料均勻地涂覆在透明的基板A上。將涂有漿料的基板放到烘箱中干燥固化，可以在透明的有機基板A上得到含有熒光體的涂層。上述有機基板A有如下特征有機基板A可以是亞克力(PMMA)板，或聚碳酸脂(PC)板，或玻璃板，或其他的透明有機基板(如PS板)。上述基板A有如下特征有機基板A的軟化溫度高于涂層的固化溫度10 0C以上。對于玻璃基板，涂層固化溫度可以最高為135°C。上述熒光體C的粉末有如下特征熒光體C的粉末的粒徑在I微米到60微米之間。上述熒光體C有如下特征為了獲得白光，熒光體C可以是LED黃色熒光粉。為了提高白光的顯色指數，熒光體也可以是LED綠色熒光粉與LED紅色熒光粉的混合物，或者是LED黃色熒光粉與少量LED紅色熒光粉的混合物。上述有機溶劑可以是下列有機溶劑如松油醇，粘結劑可以是下列有機物中的一種或兩種的混合物丙烯酸類樹脂、乙基纖維素等。上述有機溶劑與粘結劑的質量比為10 =Tl :1，更優選為8:廣5:。上述有機溶劑與粘結劑的質量之和與熒光體C粉末的體積之比為100: f 120。上 述涂層的厚度在I微米到5毫米之間。干燥(固化)程序有如下特征升溫速率為1_10°C/分鐘，保溫時間為10分鐘-5小時，降溫時間為20分鐘-10小時。本發明涉及的包含熒光體涂層的透明基板的制造方法還可以采用2層涂層結構，示意圖如圖2所示。所述涂層I和涂層2中的有機溶劑和粘結劑與上述的有機溶劑與粘結劑一致。所述涂層I和涂層2中的熒光體D和熒光體E可以是LED黃色熒光粉、或LED綠色熒光粉、或LED紅色熒光粉，但是熒光體D和熒光體E成分不一樣。所述涂層I和涂層2的制備方法與上述涂層制備方法一致。本發明涉及的包含熒光體涂層的透明基板還可以是凸面(半球面、卵形面或橢球面的一部分、或雙曲面或雙曲面的一部分、拋物面或拋物面的一部分)型，如圖3所示。所述涉及的包含熒光體涂層的透明基板的制造方法還可以采用2層涂層結構，示意圖如圖4所示。涂層I和涂層2的制備方法與包含熒光體涂層的基板的制造方法中的涂層制備方法一致。本發明涉及的包含熒光體涂層的透明基板還可以是柱面型(其截面的輪廓線是一個半圓形，或一個圓弧的一部分，或拋物線型，或雙曲線型，或其他任意弧線型)，如圖5所示。涉及的包含熒光體涂層的透明基板的制造方法還可以采用2層涂層結構，示意圖如圖6所示。所述涂層I和涂層2的制備方法與上述涂層制備方法一致。光學波長轉換器件構成的發光器件，發光器件包含支架、LED藍光芯片或芯片組、光線反射或收集裝置及光學波長轉換器件，光學波長轉換器件包含所述熒光體涂層的基板；發光器件中藍光芯片或芯片組發出的藍光激發熒光體涂層中的熒光體發出另外一種其它顏色或幾種其它顏色的光，被激發出的一種其它顏色或幾種其它顏色的光與藍光芯片或芯片組發出的部分藍光混合后得到白光，白光在包含熒光體涂層的基板的背對藍光芯片的一面透出；光線反射或收集裝置對LED藍光芯片或芯片組的發光進行反射或收集(至光學波長轉換器件)。透明基板包含熒光體涂層的一面面對藍光芯片背對藍光芯片；發光器件中包含熒光體涂層的基板是一層或二層包含熒光體涂層的基板；二層涂層中的熒光體在發光器件中的藍光芯片或芯片組所發出的藍光激發下發出綠光、紅光或黃光；或者是上述任意兩種光的混合光；這些被激發出的混合光線與藍光芯片或芯片組發出的部分藍光混合后可以得到白光。在含有藍光激發下發出短波長光線的熒光體涂層設置在迎著藍光芯片的第一層，之后是含有藍光激發下發出較長波長光線的熒光體涂層；
含有藍光激發下發出短波長光線(如綠光)的熒光體涂層被激發出的部分短波長光線 還激發含有藍光激發下發出較長波長光線(如紅光)的熒光體涂層中的熒光體發出較長波長的光；適當增加含有藍光激發下發出短波長光線(如綠光)的熒光體涂層的厚度來調節發光器件的白光質量。含有藍光激發下發出較長波長光線的熒光體涂層被激發出的較長波長光線不能激發含有藍光激發下發出較短波長光線的熒光體涂層中的熒光體發出較短波長的光。包含熒光體的熒光體涂層的厚度根據藍光芯片或芯片組所發出的藍光的光通量(光強)來調節，以獲得聞質量的白光。本發明中利用含熒光體涂層的透明基板制造白光LED發光器件的方法，示意圖如圖7所示。發光器件包含有熱沉(3)，LED藍光芯片(4)，芯片的電極引線(7)，電極(5，6)，光線反射裝置(8)，含有熒光體C涂層的透明基板A。所述藍光LED芯片可以是寶石(Al2O3)襯底上生長的藍光芯片，也可以是SiC襯底上生長的藍光芯片，或者是Si襯底上生長的藍光芯片，或是在上述三種基板中的任意一種上生長后被轉移到其他基板上的。所述光線反射(收集)罩的作用是將藍光芯片4發出的光線匯聚到上面的含熒光體涂層的透明基板A上。在不損害本發明目的的范圍內，發光器件的光線反射罩也可以設計成其它形狀，它的作用就是將藍光芯片發出的光線匯聚到上面的含熒光體涂層的基板上。通過電極5和6給藍光芯片4接通電源，芯片4就可以發出藍光，如圖7中的9所
/Jn o芯片4發出的藍光激發涂層B中的熒光體C，熒光體發出黃光，或綠光，或紅光，或者是上述三種光中的某兩種光的混合光線。具體熒光體發出何種光線取決于熒光體C的組分。熒光體C的組分由熒光粉C等的配方決定。藍光芯片4發出的藍光與突光體C受激發發出的光線混合可以發出白光，如圖7中的10所示。發光器件還可以采用圖2所示的含2層熒光體涂層的透明基板。在制造這種發光器件時，同樣要采取上述措施。2層涂層的涂覆順序對發光器件的出光質量有影響，但這種影響可以通過調節第一涂層I和第二涂層2的涂覆厚度加以矯正。以透明有機基板A有涂層的一面朝向LED藍光芯片的方向為例，調節第一涂層I和第二涂層2的厚度依據示意圖8來說明。如圖8所示，如果第一涂層I受藍光激發發出綠光，第二涂層2受藍光激發發出紅光，制造第一涂層I和第二涂層2的順序按圖5所示來完成；如果第一涂層I受藍光激發發出紅光，第二涂層2受藍光激發發出綠光，則第二涂層2受藍光激發發出的綠光部分被第一涂層I中的熒光體C吸收而再度發出紅光。這樣，混合光線10中的藍、綠和紅光的總的光強比例就發生了變化。為了不使發光器件的出光質量發生劣化，可以適當增加涂層2的厚度來調節混合光線中的綠光的比例來改善器件的出光質量。發光器件還可以采用圖3所示的含熒光體涂層的凸面型透明基板，如圖9所示。所述發光器件還可以采用圖4所示的含2層熒光體涂層的凸面型透明基板，如圖10所示。所述發光器件的涂層I和2的設置細則與上述2層涂層的涂覆順序相同。發光器件還可以采用圖5所示的含熒光體涂層的柱面型透明基板，如圖11相同。所述發光器件還可以采用圖6所示的含2層熒光體涂層的柱面型透明基板，如圖12所示。所述發光器件的涂層I和2的設置細則與上述相同。本發明的有益效果是，根據本發明制造的的發光器件中，不直接將硅膠或樹脂與熒光體的混合物粘結在LED藍光芯片上進行封裝，LED藍光芯片4散熱效果大大增強，芯片的散熱問題大大緩解；熒光體遠離LED藍光芯片4，有效避免了熒光體受激發出的光線部分重新進入芯片被吸收導致的發光損失；同時可以避免運用傳統技術封裝的LED發光器件中由于硅膠或樹脂變質發黃導致的器件光效下降問題。根據本發明制造的發光器件中，芯片散熱問題被有效解決，熒光體的環境溫度低，因此不會發生因器件的高工作溫度導致的發光性能劣化等問題。本發明所述的白光是指藍光芯片或芯片組所發出的藍光激發下發出綠光、紅光或黃光；或者是上述任意兩種光的混合光；這些被激發出的一色光或混合光與藍光芯片或芯片組發出的部分藍光混合后得到的二種及以上的多色譜混合的白光。
圖I是包含熒光體涂層的透明基板的結構示意圖。圖2是包含多層熒光體涂層的透明基板的結構示意圖。圖3是包含熒光體涂層的凸面型透明基板的結構示意圖。圖4是包含多層熒光體涂層的凸面型透明基板的結構示意圖。圖5是包含熒光體涂層的柱面型透明基板的結構示意圖。圖6是包含多層熒光體涂層的柱面型透明基板的結構示意圖。圖7是利用含熒光體涂層的透明基板制造白光LED發光器件的結構示意圖。圖8是利用含多層熒光體涂層的透明基板制造白光LED發光器件的結構示意圖。圖9是利用含熒光體涂層的凸面型透明基板制造白光LED發光器件的結構示意圖。圖10是利用含多層熒光體涂層的凸面型透明基板制造白光LED發光器件的結構示意圖。圖11是利用含熒光體涂層的柱面型透明基板制造白光LED發光器件的結構示意圖。圖12是利用含2層熒光體涂層的柱面型透明基板制造白光LED發光器件的結構示意圖。
具體實施例本發明包括熒光體(可以是黃色熒光粉，或者是綠色熒光粉與紅色熒光粉的某種比例的混合物，或者是黃色熒光粉與少量紅色熒光粉的混合物)粉末與幾種有機液體混合，調配成漿料，在透明的有機材質的基板或透明的玻璃基板上均勻涂覆，干燥涂覆漿料的基板，最終使得熒光體與基板粘接在一起形成一體化的含有熒光體的透明基板。將包含熒光體的透明基板安裝到有藍光發光原件的安裝部上，就可以獲得白光發光器件。在整個說明書中都參考了附圖，在這些附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件，圖中3是熱沉(支架)，4是藍光LED芯片，5和6是LED芯片的電極，7是LED芯片的電極弓I線，8是發光器件的光線反射裝置，9是藍光LED芯片發出的藍光，10是發光裝置發出的白光。11為基板、12為第一涂層、14為第二涂層，13、16、17均為各色LED熒光粉。實施例I
以下按照附圖來對本發明進行詳細說明。以附圖I來對制造包含熒光體涂層的透明基板的方法進行詳細說明。作為具體實施例之一，圖I中有機基板A為亞克力(PMMA)板，厚度I毫米。作為具體實施例之一，圖I中熒光體C為YAG黃色熒光粉，其粒徑分布d5(l為10微米。
將YAG黃色熒光粉3. 5克加有機液體IOg(松油醇與丙烯酸類樹脂的混合物，質量比為6:1)進行混煉獲得漿料。在不損害本發明目的的范圍內，還可以在YAG黃色熒光粉中加進適量的二氧化硅顆粒或三氧化鋁顆粒來增強光線散射，從而改善光線的混合效果。運用刀片式涂布機將上述漿料均勻涂覆在清潔過的透明基板A上。涂覆漿料的厚度通過調節刀片到透明基板的距離來控制。將涂覆了漿料的基板在50 °C干燥I小時，然后冷卻至室溫。升溫速率為7. 5 0C/分鐘，保溫時間為3小時，降溫時間為5小時。在該實施例中涂覆的0. 15毫米及0. 07毫米的包含熒光體涂層的基板表面光滑，邊緣無翹角。使用IW的SiC基板上生長的藍光芯片，發光器件的光線反射裝置使用光鋁結構，藍光芯片發出的藍光照射帶有包含熒光體涂層的透明基板A后，獲得明亮的白光(126 Im/W)。實施例2
本實施例與實施例I的區別在于使用如圖2所示的含二層含熒光體涂層的透明基板，其中涂層I為(Sr，Ca) S:Eu2+紅色熒光粉與松油醇與丙烯酸類樹脂的混合物，涂層2為YAG黃色熒光粉與松油醇與丙烯酸類樹脂的混合物。兩種熒光粉顆粒的粒徑分布均為d5(l=10微米。本實施例與實施例I的區別還在于制備第一涂層時，刀刃至有機基板的距離為
0.085毫米，而制備第二涂層時，刀刃至基板的距離為0. 16毫米。在該實施例中包含熒光體涂層的透明基板在固化后表面光滑，邊緣無翹角。使用IW的SiC基板上生長的藍光芯片，藍光芯片發出的藍光照射帶有含2層含熒光體涂層的透明基板A，獲得明亮的白光(871m/W)。實施例3
本實施例與實施例I的區別在于使用如圖3所示的含熒光體涂層的凸面型透明基板。本實施例與實施例I的區別在于漿料在透明基板表面采用氣體噴涂的方式。在該實施例中包含熒光體涂層的透明有機基板在固化后表面光滑，邊緣無翹角。使用IW的SiC基板上生長的藍光芯片，藍光芯片發出的藍光照射含熒光體涂層的凸面型透明基板后獲得明亮的白光(124 lm/W)。本實施例與實施例I的區別在于發出的白光更發散。實施例4
本實施例與實施例I的區別在于使用的基板為聚碳酸酯板。
在該實施例中包含熒光體涂層的透明聚碳酸酯基板在固化后透明，表面光滑，邊緣無翹角。使用IW的SiC基板上生長的藍光芯片，藍光芯片發出的藍光照射帶有包含熒光體涂層的透明聚碳酸酯基板A后，獲得明亮的白光(127 lm/W)。實施例5
本實施例與實施例I的區別在于使用的基板為普通鈉鈣玻璃，厚度為I毫米，在460納米波長處折射率約為I. 52，玻璃化轉變溫度570 °C，軟化溫度620 °C。本實施例與實施例I的區別在于固化程序為，將涂覆了漿料的玻璃基板在150 °C干燥I小時，然后冷卻至室溫。升溫速率為10 °C/分鐘，保溫時間為2小時，降溫時間為8小時。
在該實施例中包含熒光體涂層的透明玻璃基板在固化后透明，表面光滑，邊緣無翹角。使用IW的SiC基板上生長的藍光芯片，藍光芯片發出的藍光照射帶有包含熒光體涂層的透明玻璃基板A后，獲得明亮的白光(128 lm/W)。
權利要求
1.一種光學波長轉換器件，包含熒光體涂層的基板，其特征在于，包含熒光體的有機涂層制備在基板上，基板是透明的或半透明的；有機涂層包含一種或幾種熒光體與有機溶劑及粘結劑的混合物。
2.由權利要求I所述的光學波長轉換器件，其特征在于，基板的材質是透明或半透明樹脂是亞克力(PMMA)、PMMA合金樹脂、聚碳酸酯、PC合金樹脂、環氧、丁苯、苯砜樹脂、CR-39、MS、NAS、聚氨脂光學樹脂、尼龍或PC增強的PMMA或MS樹脂、亞克力板、聚碳酸脂板或PS有機基板或透明的玻璃板。
3.由權利要求I或2所述的光學波長轉換器件，基板是平面板，或是球面、柱面、橢球面、卵形面、雙曲面或拋物面的一部分曲面形狀的板材。
4.由權利要求I所述的的光學波長轉換器件，其特征在于，有機涂層為一層或二層，其中的熒光體是LED黃色熒光粉、LED綠色熒光粉或LED紅色熒光粉，或上述任意二種熒光粉的混合物；二層含熒光體涂層結構中，第一涂層和第二涂層中的熒光粉成分為上述的任意二種。
5.由權利要求I所述的的光學波長轉換器件，其特征在于，突光體粉末與有機溶劑及粘結劑形成漿料后涂覆在基板上，其中的熒光體粉末與有機溶劑加粘結劑混合物的體積比為1% 120% ;通過加熱使得有機液體與突光體粉末固化在一起，固化溫度低于有機基板的固化溫度10 0C以上；使用玻璃基板時固化溫度最高到150-180°C。
6.根據權利要求1-5之一所述的光學波長轉換器件構成的白光發光器件,其特征在于發光器件包含支架、LED藍光芯片或芯片組、光線反射或收集裝置及光學波長轉換器件，光學波長轉換器件包含所述熒光體涂層的基板；發光器件中藍光芯片或芯片組發出的藍光激發熒光體涂層中的熒光體發出另外一種其它顏色或幾種其它顏色的光，被激發出的一種其它顏色或幾種其它顏色的光與藍光芯片或芯片組發出的部分藍光混合后得到白光，白光在包含熒光體涂層的基板的背對藍光芯片的一面透出；光線反射或收集裝置對LED藍光芯片或芯片組的發光進行反射或收集。
7.根據權利要求6中的光學波長轉換器件構成的白光發光器件,其特征在于透明基板包含熒光體涂層的一面面對藍光芯片背對藍光芯片；發光器件中包含熒光體涂層的基板是一層或二層包含熒光體涂層的基板；二層涂層中的熒光體在發光器件中的藍光芯片或芯片組所發出的藍光激發下發出綠光、紅光或黃光；或者是上述任意兩種光的混合光；這些被激發出的混合光線與藍光芯片或芯片組發出的部分藍光混合后得到白光。
8.權利要求6或7所述的學波長轉換器件構成的白光發光器件發光器件，其特征在于在含有藍光激發下發出短波長光線的熒光體涂層設置在迎著藍光芯片的第一層，之后是含有藍光激發下發出較長波長光線的熒光體涂層。
9.根據權利要求6或7所述的學波長轉換器件構成的白光發光器件,其特征在于含有藍光激發下發出短波長光線的熒光體涂層被激發出的部分短波長光線還激發含有藍光激發下發出較長波長光線的熒光體涂層中的熒光體發出較長波長的光；適當增加含有藍光激發下發出短波長光線的熒光體涂層的厚度來調節發光器件的白光質量。
10.根據權利要求6或7所述的學波長轉換器件構成的白光發光器件,其特征在于包含熒光體的熒光體涂層的厚度根據藍光芯片或芯片組所發出的藍光的光通量(光強)來調節。
全文摘要
一種光學波長轉換器件以及在白光發光器件的應用，包含熒光體涂層的基板，包含熒光體的有機涂層制備在基板上，基板是透明的或半透明的；有機涂層包含一種或幾種熒光體與有機溶劑及粘結劑的混合物。包括熒光體粉末與幾種有機液體混合，調配成漿料，在透明的有機材質的基板或透明的玻璃基板上均勻涂覆，干燥涂覆漿料的基板，最終使得熒光體與基板粘接在一起形成一體化的含有熒光體的透明基板。將包含熒光體的透明基板安裝到有藍光發光原件的安裝部上，就可以獲得白光發光器件。
文檔編號H01L33/50GK102800794SQ20121029406
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者錢志強, 金正武 申請人:南通脈銳光電科技有限公司