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【金鉴出品】LED荧光粉涂覆工艺评价 发布时间:2017-01-29

在白光 LED 封装工艺流程中,荧光粉颗粒并非直接涂覆于芯片表面,而是先与硅胶充分混合得到荧光粉胶,再涂覆于芯片表面。当LED芯片发出的蓝光入射到荧光粉胶层中时,由于蓝光光谱在荧光粉的激发光谱内,荧光粉会对蓝光产生强烈的吸收作用,吸收的一部分蓝光转化为荧光粉的发射光(一般为黄绿光)后,与直接从荧光粉层透射出去的蓝光混合形成白光,因此荧光粉的涂覆工艺在一定程度上决定了白光LED光色品质的好坏。如果形成白光的荧光粉厚度不均匀及形状不规则,将导致出射光局部偏黄或偏蓝,形成的白光光斑不均匀,从而影响功率型LED的性能。


为此,金鉴检测专家认为在设计白光LED光源时,需要选择荧光粉的成分,荧光粉层的厚度、浓度、封装位置和大小来实现高流明效率、高取光效率及良好颜色均匀性的设计要求。


服务客户:LED封装厂、LED灯具厂


检测内容:                

1. 荧光粉层形貌观察(是否均匀,有无沉淀现象);

2. 荧光粉层厚度测量;

3. 荧光粉颗粒直径测量、成分鉴定;

4. 荧光粉涂覆工艺评价。

 

LED荧光粉涂覆工艺(扫描电镜SEM)-金鉴检测


 案例分析:某国外知名大公司灯珠荧光粉涂覆情况解剖


LED荧光粉涂覆工艺(扫描电镜SEM)-金鉴检测


LED荧光粉涂覆工艺(EDS能谱分析)-金鉴检测


注:

在大功率白光 LED 封装工艺流程中,荧光粉颗粒并非直接涂覆于芯片表面,而是先与硅胶充分混合得到荧光粉胶,再涂覆于芯片表面。荧光粉涂覆工艺被认为是影响白光LED光色品质的主要因素,三种典型的荧光粉涂覆形式分别是自由点胶法、保形涂覆法和远离涂覆法。保形涂覆和远离涂覆相较于自由点涂改善了 LED 出光的颜色,然而传统自由点涂因具有工艺简单、成本低廉的优点,仍是目前应用最为广泛的涂覆方式。


自由点胶法是荧光粉涂覆的传统工艺,从小功率LED发展而来。该方法将荧光粉胶点涂在芯片表面,胶体自由流动到边缘区域,最后荧光粉胶的表面张力达到平衡态形成一种特定的形状。该方法的优点是荧光粉层的厚度可以通过控制荧光粉胶的胶量和涂胶面积大小来方便的控制,不需要特殊的工艺处理,从而降低了生产成本,是目前LED市场最普遍的荧光粉涂覆形式。但是,研究发现,自由点胶法直接覆盖在芯片上荧光层是拱形,在这种结构中,荧光层厚度不能得到很好的控制,出射光线的色坐标和明亮度的一致性不好,出射光斑有蓝色光圈或黄色光圈。由于荧光粉和硅胶/环氧的混合物点涂时形状不可控,一致性不好,加之荧光粉沉淀等问题,导致单颗LED产品色温差别很大,导致相当部分产品不符合客户要求,增大了LED封装厂的生产成本。


保形涂覆法是目前比较流行的荧光粉涂覆形式。荧光粉胶可以均匀地包覆在芯片表面,胶层厚度一致,而且一般荧光粉层厚度较薄,可以达到几十微米,得到的LED颜色均匀性好,克服了自由点胶法的缺陷。2003年美国Philips Lumileds公司最早提出用电泳法(Electrophoretic method)实现荧光粉保形涂覆,将芯片和荧光粉浸没在导电溶液中,施加正向电压后驱使荧光粉颗粒沉积在芯片表面,可以通过控制电压大小和时间来调节荧光粉层厚度。该方法中,荧光粉颗粒是紧密的堆叠在一起的,从而可以将荧光粉层的厚度制备的非常薄。通过控制沉积的条件,荧光粉可以很均匀的覆盖在整个芯片表面。之后,美国Cree公司采用溶液蒸镀发法(Evaporating solvent)也实现了荧光粉保形涂覆,基木原理是将荧光粉颗粒和含有粘附性物质的化学溶液填充在贴装有芯片的反光杯中,然后通过加热的方法使溶液中的易挥发物质快速挥发,留下的荧光粉颗粒和粘附性物质就沉积在芯片表面。中国电子科技大学的侯斌等人则釆用粉浆法(Slurry coating)将光刻胶和荧光粉颗粒混合后滴涂在芯片表面,经过光刻工艺只保留下芯片表面的荧光粉层,除去多余的胶层以实现保形涂覆。韩国的Yum等人综合上述方法,利用荧光粉的沉淀和交联也实现了荧光粉的保形涂覆法。不过,上述荧光粉保形涂覆技术也存在着一些问题,比如由于荧光粉层是直接涂覆在芯片表面的,虽然能够提高蓝光的取光效率,但是荧光粉对发射光会产生很大的后向散射作用,后向散射的光大部分被芯片和封装材料吸收,使荧光粉发射光的取光效率下降,,而荧光粉发射光的能量一般比芯片发射光的流明值要高,最终导致整个封装的取光效率降低。

远离涂覆法是将荧光粉层涂覆在远离芯片表面的地方从而减少芯片对荧光粉后向散射光线的吸收,提高LED的封装效率和流明效率,同时能够减小荧光粉材料的老化程度,空间颜色均匀性也高于自由点胶法。根据荧光粉胶层形状的不同可以分为球面远离涂覆法和平面远离涂覆法,远离涂覆法的难点在于如何控制荧光粉层的形状以及厚度。Steven C. Allen等人提出将含有黄色荧光染料和丙酮等有机溶剂的溶液涂覆在球状透镜外表面,待溶剂挥发后就可以在透镜外表面形成一层半球形荧光粉薄膜,然后直接将透镜封装在芯片表面。台湾Hsin-Tao Huang等人则是在一块柔性塑料平板表面喷刷荧光粉胶层,然后放在LED封装阵列表面,而且通过在塑料平板上制作微图形阵列来控制光形。





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