CN107180907B - 一种超净室用纯黄光led灯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超净室用纯黄光LED灯及其制备方法，包括支架、固晶于支架上的LED芯片、起固晶作用的导热粘结胶、涂覆在LED芯片上的荧光粉层、涂覆在荧光粉层上的填充硅胶封装层及包裹住填充硅胶封装层并实现配光的塑料透镜，将支架焊接在铝基板上，铝基板上刻蚀有铜箔电路，铜箔电路引出至外部，铝基板上的半圆柱形磨砂玻璃罩包围住光源，由于采用了一定浓度的黄色和橙色荧光粉，得到了不含蓝光成分的纯黄光，光效显著提高，因而适合超净室使用。

Description

一种超净室用纯黄光LED灯及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种超净室用LED灯及其制备方法，特别涉及一种不含蓝光成分的纯黄光LED灯及其制备方法。

背景技术

根据光学器件制作工艺要求，需要在超净室中实验并进行工作。超净室内可以进行涂胶、光刻、蒸发镀膜及键合，清洗、烘干、电镀、腐蚀、扩散及研磨等。

超净室各项功能的配备均以满足各项工艺要求为前提，它具备以下特点：室内面积达24m²，其工作洁净度达1000级，在局部2m²的光刻工艺区、净化工作台以及净化涂胶机，工作洁净度达100级。超净室设有空调、净化排风系统。涂胶台及电镀腐蚀工作台设置了独立的对外排风系统，从而也降低了环境污染。空调系统保障了室内湿度≤60％，工作温度保持18～25℃。室内循环净化送风系统以及光刻工作区层流罩循环净化系统为室内洁净度提供了保障。

光刻是利用光阻剂通过曝光显影来完成的，光阻剂在蓝色或紫色光照射下都会发生曝光，只有在黄色、橙色光线下才不会被曝光，当需要曝光的时候会在一台专门的设备里曝光。然而，传统的纯黄光光源采用荧光灯管外套上一层滤色膜，从而透射出黄光，存在以下缺陷：1.能耗高；2.出光效率低。

近年来，LED光源由于能耗低、效率高等优点得到越来越多研究和应用，但黄光LED芯片存在制作成本高、光效相对较低的问题。蓝光芯片技术成熟，制作成本低，应用广泛，但是，蓝光芯片激发荧光粉所形成的黄色光源的光谱中普遍含有蓝光成分，使得光阻剂在超净室中容易发生不必要的曝光。中国专利“一种高亮度黄色LAMP发光二极管封装技术”(公开号：CN105322070A，公开日：2016年2月10日)公开了一种纯黄光光源，采用GaN蓝光芯片激发一定比例构成的黄、橙色荧光粉，黄色荧光粉:橙荧光粉质量比为0.1～0.5:1，最终得到没有蓝光谱段的纯黄色LED光源，据其报道，光通量为7-8lm，高于传统的高亮度纯黄色LED的2-3lm的指标。尽管橙色荧光粉对于蓝光的吸收强于黄色荧光粉，但是，较高的橙色光比例，使得该光源长期使用时会导致人眼不适，而且根据实际应用的需要，目前纯黄色LED光源的发光效率仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超净室用纯黄光LED灯及其制备方法，其光谱中不含蓝光成分，且发光效率高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种超净室用纯黄光LED灯，该纯黄光LED灯包括导热基板以及若干个支架型LED，所述支架型LED包括设置于导热基板上的支架、固晶于支架上的蓝光LED芯片、起固晶作用的导热粘结胶、设置在蓝光LED芯片上的荧光粉层以及用于将蓝光LED芯片和荧光粉层封装于支架上的硅胶层，支架型LED通过支架与设置于导热基板上的铜箔电路相连；荧光粉层内分散的荧光粉为黄色荧光粉和橙色荧光粉，黄色荧光粉:橙色荧光粉的质量比为1～6:1，荧光粉层内黄色荧光粉与橙色荧光粉的质量总和为2.8～4.0mg。

所述蓝光LED芯片激发黄色荧光粉和橙色荧光粉，分别产生峰值波长为540～575nm的黄光和峰值波长为585～620nm的橙光，该黄光和橙光通过混合形成所述纯黄光LED灯的光谱。

所述黄色荧光粉的分子式为Y₃AlO₁₂，橙色荧光粉的分子式为Sr₃SiO₅。

所述蓝光LED芯片光谱特征为：峰值波长为450nm，光谱波峰范围为415～500nm。

所述导热基板选自铝基板，铝基板上设置有一层氧化铝膜。

所述支架型LED还包括设置于支架上的用于填充硅胶层和实现配光的塑料透镜。

所述纯黄光LED灯还包括与铜箔电路相连并引出至外部的电极引线，以及与导热基板相连且包围于支架型LED外侧的磨砂玻璃罩。

所述纯黄光LED灯的黄光光效达到了50～70lm/w。

上述超净室用纯黄光LED灯的制备方法，包括以下步骤：

1)制作支架型LED

1.1)将蓝光LED芯片通过导热粘结胶固定于支架上，然后在蓝光LED芯片与支架间进行焊线，将蓝光LED芯片的电极引至支架上；

1.2)经过步骤1.1)后，在蓝光LED芯片上涂敷分散有黄色荧光粉和橙色荧光粉的荧光粉胶，然后通过固化形成荧光粉层；所述分散有黄色荧光粉和橙色荧光粉的荧光粉胶的用量为6～8mg/支架，黄色荧光粉和橙色荧光粉在该荧光粉胶中的质量分数之和为35～70％，且黄色荧光粉:橙色荧光粉的质量比为1～6:1；

1.3)在荧光粉层外侧安装与支架相连的配光透镜，然后在配光透镜与荧光粉层之间注入硅胶，使得荧光粉层和蓝光LED芯片封装于硅胶之内，硅胶经过固化后，得到支架型LED；

2)将支架型LED焊接在导热基板上，使得支架型LED的支架与刻蚀于导热基板上的铜箔电路相接触。

所述纯黄光LED灯的制备方法还包括以下步骤：经过步骤2)后，将预先制备于铜箔电路上的电极与用于将铜箔电路引出至外部的电极引线连接，然后将磨砂玻璃罩粘接在导热基板上，使磨砂玻璃罩包围于支架型LED外侧。

本发明的有益效果体现在：

本发明利用建立于支架上的蓝光LED芯片封装结构，即支架型LED产生纯黄光，通过控制支架型LED荧光粉层中黄色荧光粉和橙色荧光粉的比例和用量(浓度)，使得芯片发射的蓝光被完全吸收，荧光粉发射的偏黄绿色的黄光和橙光混合之后，产生介于黄光和橙光中间波长相似色调的黄光，即得到纯黄光光源，该光源不仅不含使超净室中光刻胶曝光的蓝光，而且，由于使用价格低廉、效率高、技术成熟的蓝光芯片，制备成本更低、无需复杂的封装工艺，以及显著提高了基于黄色荧光粉和橙色荧光粉的纯黄光光源的光效，因此，特别适合于作为超净室用纯黄光LED灯应用。

进一步的，通过使用磨砂玻璃罩，可以使光线柔和、不刺眼。

进一步的，通过采用铝基板，可以很好实现散热，有利于保持高光效和激发光谱稳定，同时可以延长光源寿命。在铝基板上设置氧化铝膜，其主要用于绝缘，从而方便包括刻蚀铜箔电路在内的操作，简化工艺，同时也兼顾导热，以与铝基板的良好导热相协调。

进一步的，通过提出540～575nm的黄光以及585～620nm的橙光，为蓝光芯片以及荧光粉的选型提供有效的依据。

进一步的，黄色荧光粉的分子式为Y₃AlO₁₂、橙色荧光粉的分子式为Sr₃SiO₅，以及特定类型的蓝光芯片，是优选的激发和配光方案。

附图说明

图1是纯黄光LED灯结构示意图；

图2是LED芯片在支架上的固定示意图；

图3是磨砂玻璃罩结构示意图；

图4是纯黄光LED灯的光谱图；

图中：1为支架，2为LED芯片，3为导热粘结胶，4为荧光粉层，5为填充硅胶封装层，6为透镜，7为铝基板，8为铜箔电路，9为电极引线，10为磨砂玻璃罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述，所述是对本发明的解释而非限定。

如图1、图2所示，本发明所述超净室用纯黄光LED灯包括支架1、固晶于支架1上的蓝光LED芯片2(LED芯片通过金线和支架1的电极相连)、起固晶作用的导热粘结胶3、覆盖在蓝光LED芯片2上的荧光粉层4、覆盖在荧光粉层4上的填充硅胶封装层5，及包裹住填充硅胶封装层5并实现配光的塑料透镜6(将由以上结构构成的光源称为支架型LED)；将各个支架型LED的支架1焊接在铝基板7上，并与铝基板7上刻蚀的铜箔电路8接触，使各个支架型LED通过铜箔电路8构成一定的排列图案(例如图1所示的线型)，从而形成不同类型的光源形式(显然，由单个支架型LED构成的点光源也是可以实现的)。在此基础上，LED灯通常可利用制备于铜箔电路8上的电极连接引出至外部的电极引线9，而在铝基板7上设置将光源包围住的半圆柱形或其他形状的磨砂玻璃罩10(图3)，可以使得光源发射的光线柔和、不刺眼。

为了获得纯黄光LED灯，荧光粉层和蓝光芯片的设计如下：

蓝光LED芯片选定为峰值波长为450nm、光谱谱峰范围为415～500nm的GaN芯片，以分子式为Y₃AlO₁₂的黄色荧光粉(峰值波长为545～570nm)和分子式为Sr₃SiO₅的橙色荧光粉(峰值波长为595～600nm)为例，上述黄色荧光粉和橙色荧光粉的总质量占粉胶混合物质量的39％，而且黄色荧光粉:橙色荧光粉的质量比为5:4。

另外，所述导热粘结胶3由石墨、粘结胶、导热金属或合金颗粒等按一定比例混合而成，具体参考中国专利“一种能催熟果实的红光LED灯及其制备方法”(公开号：CN104617206A，公开日：2015.05.13)。

上述超净室用纯黄光LED灯的制备方法，包括以下步骤：

1.准备铝基板：按要求加工铝基板7，经清洗、烘干备用；所述要求包括在铝基板7上制备一层起绝缘作用的可导热的氧化铝膜，以及通过FeCl₃溶液刻蚀铜箔电路8；

2.芯片检验：检验LED芯片2的极性及电极大小以及芯片尺寸大小是否符合工艺要求，材料表面是否有机械损伤；

3.固晶：利用AD8930自动固晶机在支架1上固定检验合格的芯片；

4.焊线：利用Eagle60自动焊线机进行金线焊接；

5.检测：检查焊线部分是否有漏焊、断线等情况，以确保LED芯片2与支架1的电极连接状态良好；

6.点粉：常温条件下在LED芯片2上涂敷7.2～8mg的分散有上述黄色荧光粉和橙色荧光粉的粉胶混合物(胶是荧光粉胶8866A和8866B按质量比1:1的混合物)，使该粉胶混合物完全覆盖LED芯片，在50～60℃条件下固化1～1.5小时，形成荧光粉层4；

7.安装透镜：在支架1上安装塑料配光透镜6；

8.封装及固化：将搅拌均匀的硅胶利用点胶针注射入上述透镜内，使硅胶完全充满透镜内部，覆盖住荧光粉层4；接着，在120～130℃条件下固化2～2.5小时，使硅胶形成填充硅胶封装层5；

9.重复上述步骤3至步骤8，完成需要数量的支架型LED的制作；

10.最后的封装：将制作好的多颗支架型LED焊接到所准备的铝基板7上，然后连接电极引线9至铜箔电路8(图1)；

11.玻璃罩的安装：将磨砂玻璃罩10用紫外光固胶粘在铝基板7上；

12.测试：将得到的纯黄光LED灯进行光电参数以及外形尺寸的测试。

经测试，所制作的纯黄光LED灯，光谱特征中主波长为582.1nm。

另外，所制作的纯黄光LED灯，其每个支架型LED的光通量为45～60lm，光效达到了50～70lm/w。

Claims (9)

1.一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：该纯黄光LED灯包括导热基板以及若干个支架型LED，所述支架型LED包括设置于导热基板上的支架(1)、固晶于支架(1)上的蓝光LED芯片(2)、起固晶作用的导热粘结胶(3)、设置在蓝光LED芯片(2)上的荧光粉层(4)以及用于将蓝光LED芯片(2)和荧光粉层(4)封装于支架(1)上的硅胶层，支架型LED通过支架(1)与设置于导热基板上的铜箔电路(8)相连；荧光粉层(4)内分散的荧光粉为黄色荧光粉和橙色荧光粉，黄色荧光粉:橙色荧光粉的质量比为1～6:1，荧光粉层(4)内黄色荧光粉与橙色荧光粉的质量总和为2.8～4.0mg；

所述黄色荧光粉的分子式为Y₃AlO₁₂，橙色荧光粉的分子式为Sr₃SiO₅；蓝光LED芯片(2)为GaN芯片。

2.如权利要求1所述一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：所述蓝光LED芯片(2)激发黄色荧光粉和橙色荧光粉，分别产生峰值波长为540～575nm的黄光和峰值波长为585～620nm的橙光，该黄光和橙光通过混合形成所述纯黄光LED灯的光谱。

3.如权利要求1所述一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：所述蓝光LED芯片(2)光谱特征为：峰值波长为450nm，光谱波峰范围为415～500nm。

4.如权利要求1所述一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：所述导热基板选自铝基板(7)，铝基板上设置有一层氧化铝膜。

5.如权利要求1所述一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：所述支架型LED还包括设置于支架(1)上的用于填充硅胶层和实现配光的塑料透镜(6)。

6.如权利要求1所述一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：所述纯黄光LED灯还包括与铜箔电路(8)相连并引出至外部的电极引线(9)，以及与导热基板相连且包围于支架型LED外侧的磨砂玻璃罩(10)。

7.如权利要求1所述一种超净室用纯黄光LED灯，其特征在于：所述纯黄光LED灯的黄光光效达到了50～70lm/w。

8.一种如权利要求1所述的超净室用纯黄光LED灯的制备方法，其特征在于：该纯黄光LED灯的制备方法包括以下步骤：

1)制作支架型LED

1.1)将蓝光LED芯片(2)通过导热粘结胶(3)固定于支架(1)上，然后在蓝光LED芯片(2)与支架(1)间进行焊线，将蓝光LED芯片(2)的电极引至支架(1)上；

1.2)经过步骤1.1)后，在蓝光LED芯片(2)上涂敷分散有黄色荧光粉和橙色荧光粉的荧光粉胶，然后通过固化形成荧光粉层(4)；所述分散有黄色荧光粉和橙色荧光粉的荧光粉胶的用量为6～8mg/支架，黄色荧光粉和橙色荧光粉在该荧光粉胶中的质量分数之和为35～70％，且黄色荧光粉:橙色荧光粉的质量比为1～6:1；

1.3)在荧光粉层(4)外侧安装与支架(1)相连的配光透镜(6)，然后在配光透镜(6)与荧光粉层(4)之间注入硅胶，使得荧光粉层(4)和蓝光LED芯片(2)封装于硅胶之内，硅胶经过固化后，得到支架型LED；

2)将支架型LED焊接在导热基板上，使得支架型LED的支架(1)与刻蚀于导热基板上的铜箔电路(8)相接触。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述纯黄光LED灯的制备方法还包括以下步骤：将预先制备于铜箔电路(8)上的电极与用于将铜箔电路(8)引出至外部的电极引线(9)连接，然后将磨砂玻璃罩(10)粘接在导热基板上，使磨砂玻璃罩(10)包围于支架型LED外侧。