用于LED应用的无机结合剂中的磷光体制造技术

描述了一种用于制作LED/磷光体结构的方法，其中蓝发光二极管(LED)管芯的阵列安装在底座晶片上。磷光体粉末与诸如丙烯酸酯或硝化纤维的有机聚合物结合剂混合。液体或糊状物混合物随后被沉积在LED管芯或其它衬底上成为基本均匀的层。有机结合剂随后通过在空气中烧掉或者经历O2等离子体工艺被移除，或者被溶解，留下烧结在一起的磷光体晶粒的多孔层。利用溶胶‑凝胶(例如TEOS或MTMS的溶胶‑凝胶)或者也称为水玻璃的液体玻璃(例如硅酸钠或硅酸钾)浸渍该多孔磷光体层，这浸透该多孔结构。该结构随后被加热以固化无机玻璃结合剂，留下鲁棒玻璃结合剂，除其它期望属性之外，该玻璃结合剂耐受变黄。

Phosphors in inorganic binder for LED application

A method for the fabrication of LED/ phosphor structure is described, in which the array of blue light emitting diode (LED) tube core is mounted on the base wafer. Phosphor powders are mixed with organic polymer bonds, such as acrylates or nitrocellulose fibers. The mixture of liquid or paste is then deposited on the LED tube core or other substrate as the basic uniform layer. Organic binder was then removed or burned through air plasma or O2 plasma process, or dissolved, leaving the porous layer of phosphor grains sintered together. By sol gel (such as TEOS or MTMS sol gel) also known as water glass or glass liquid (such as sodium or potassium silicate) impregnating the porous phosphor layer, the penetration of the porous structure. The structure is then heated to solidify inorganic glass binder, leaving a strong glass binder. Except for other desirable properties, the glass binder is resistant to yellowing.

【技术实现步骤摘要】
用于LED应用的无机结合剂中的磷光体
本专利技术涉及一种供发光二极管(LED)使用以对LED发射进行波长转换的磷光体层，并且具体地涉及一种利用无机玻璃结合剂形成该磷光体层以得到改进性能的技术。
技术介绍
在LED上方提供磷光体层是常见的。典型地，磷光体被提供在蓝光LED上方以形成白光。通过磷光体泄漏的蓝光与磷光体光组合产生白光。有许多方式在LED上方提供磷光体层，并且下面描述一种现有技术的技术。已知预先形成一层与硅树脂(silicone)混合的磷光体粉末，并且随后将该层层压在安装在底座晶片上的发射蓝光的LED管芯上。该晶片随后被切割(singulate)。得到的管芯发射白光。这描述于转让给本受让人并且通过引用结合于此的，GrigoriyBasin等人的美国专利申请公布20110031516和20110266569。其它技术也将磷光体粉末混合在有机聚合物结合剂(例如硅树脂或环氧树脂)中并且随后将该液体/糊状物层直接沉积(例如印刷、成型等)在LED上方。随后固化结合剂以使其硬化。然而，来自LED的热和高通量趋于使磷光体颗粒周围的有机结合剂氧化，致使结合剂变黄并且使光颜色偏移。另外，高质量硅树脂和环氧树脂较昂贵，这对于大的远程磷光体部件而言是重要的问题。需要的是一种用于形成磷光体层的工艺，该磷光体层或者可以直接形成于LED上方或者可以形成于透明衬底上，并且其不使用硅树脂或其它有机聚合物作为结合剂。尽管无机玻璃对于磷光体粉末将是比较稳定和可靠的结合剂，熔化玻璃在形成磷光体-玻璃层所需的高温下化学反应性太高，这是由于玻璃将与磷光体，特别是红光氮化物磷光体化学反应。用于形成玻璃层的溶胶-凝胶也可以被认为是替代硅树脂的候选物，但是溶胶-凝胶对于磷光体反应性也太高，导致光衰减。另外，溶胶-凝胶的低粘度将导致磷光体沉淀以及磷光体密度不均匀。还将存在其它问题。
技术实现思路
形成一种具有无机玻璃结合剂的磷光体层，该磷光体层可以被用作用于LED的远程磷光体或者用作LED上方的涂层以对LED光进行波长转换。在一个实施例中，LED发射蓝光，并且磷光体将该光转换为白光。最初，磷光体粉末与诸如不昂贵的丙烯酸酯或硝化纤维的有机聚合物结合剂混合。混合物可以形成为具有宽粘度范围的糊状物。这种混合物随后容易丝网印刷在诸如薄玻璃衬底的透明衬底上。可替换地，混合物可以被丝网印刷在安装在底座晶片上的LED管芯上方。可以使用其它沉积技术。该层可以制成具有诸如+/-2%的精确厚度。有机结合剂随后诸如在180-300摄氏度在空气中被烧掉。可替换地，混合物可以经历O2等离子体工艺。在任一情形中，聚合物被氧化并且蒸发。结合剂也可以被化学溶解。得到的层是多孔的经烧结磷光体粉末层，其基本均匀地分布在透明衬底或LED上方。该多孔层比较脆弱并且受污染。接着，利用溶胶-凝胶(例如TEOS或MTMS的溶胶-凝胶)或者也称为水玻璃的液体玻璃(例如硅酸钠或硅酸钾)浸渍该多孔层，这浸透(saturate)该多孔结构。该结构随后被加热以固化无机玻璃结合剂。对于溶胶-凝胶的情形，加热致使溶胶-凝胶变得交联以形成硬的耐划伤的玻璃层。对于液体玻璃的情形，水成份蒸发，留下硬的层。可以使用其它玻璃质材料。得到的无机结合剂材料在LED产生的高热量和通量下极为稳定，它耐受变黄，它导热性显著优于硅树脂或环氧树脂，它远没有硅树脂或环氧树脂那么昂贵，并且它具有更大的机械强度和耐划伤性。公开了其它实施例。附图说明图1为现有技术的安装在底座上的蓝光或UV倒装芯片LED管芯的截面视图。图2为说明排布(populate)有LED管芯阵列，诸如500-4000个LED的简化底座晶片的自上向下视图，其中晶片上所有LED管芯同时被加工。图3说明具有层压或沉积在LED上方的磷光体层的图2的底座晶片。图4说明排布有利用透镜封装的LED的图2的底座晶片，磷光体层被层压或沉积在透镜上方。图5为沉积在衬底上的磷光体层的截面视图，其中磷光体粉末分布在聚合物结合剂中。该衬底可以是玻璃衬底或者是底座晶片上的LED管芯。图6说明在聚合物结合剂通过在O2等离子体中氧化或者在空气中烘干而蒸发之后，留下多孔磷光体层的图5的磷光体层。图7说明溶胶-凝胶玻璃、液体玻璃或其它合适透明无机结合剂材料浸透该多孔磷光体层，随后被固化以形成鲁棒无机结合剂。图8说明图5的磷光体层被层压在排布有LED管芯的底座晶片上方。图9说明在应用真空或其它形式的压力时，图8的磷光体层适形到LED管芯的形状。图10为依据本专利技术一个实施例其上方形成有磷光体层的已完成的LED的截面视图，其中在切割之前磷光体层形成于底座晶片的整个表面上方。图11为依据本专利技术另一实施例其上方形成有磷光体层的已完成的LED的截面视图，其中磷光体层作为瓦被贴附在LED管芯顶部上方。图12为概述依据本专利技术一些实施例用于制作磷光体层的技术的流程图。用相同附图标记标注相同或相似的元件。具体实施方式尽管磷光体层的本专利技术不依赖于其供任何特定LED使用，将描述LED结构的示例以说明供LED使用的磷光体层。现有技术图1说明安装在底座晶片12一部分上的常规倒装芯片LED管芯10。在倒装芯片中，n和p接触都形成于LED管芯的同一侧上。在本公开中，术语“底座晶片”旨在表示LED管芯阵列的支撑件，其中晶片上的电接触被结合到LED管芯上的电极，并且晶片稍后被切割以形成单个底座上的一个或多个LED，其中底座具有将连接到电源的电极。LED管芯10由生长在诸如蓝宝石衬底的生长衬底上的，包括n-层14、有源层15和p-层16的半导体外延层形成。在图1中，生长衬底已经通过激光剥离、蚀刻、研磨，或者通过其它技术被移除。在一个示例中，外延层是基于GaN的，并且有源层15发射蓝光。发射UV光的LED管芯也适用于本专利技术。金属电极18电接触p-层16，并且金属电极20电接触n-层14。在一个示例中，电极18和20为金垫，所述金垫被超声焊接到陶瓷底座晶片12上的阳极和阴极金属垫22和24。底座晶片12具有导电通路24，该导电通路引到底部金属垫26和28用于结合到印刷电路板。许多LED安装在底座晶片12上并且将稍后被切割以形成单独LED/底座。LED的另外细节可以发现于受让人的美国专利No.6,649,440和6,274,399以及美国专利公布US2006/0281203A1和2005/0269582A1，所有这些通过引用结合于此。图2为LED管芯10阵列安装在其上的示例性底座晶片12的自上向下简化视图(仅仅一个LED被编号，但是晶片12上所有正方形都是LED)。单个底座晶片12上可以存在500-4000个LED。晶片12上的所有LED将使用下文所述方法同时被加工。图3说明LED管芯10安装在其上的底座晶片12的一部分。LED电极18和20结合到底座晶片12上的金属垫，该金属垫通过延伸穿过晶片12的通路而连接到晶片12底面上更鲁棒的垫。当晶片12稍后被切割时，底部垫可以被焊接到印刷电路板上的垫。磷光体层38被示为在晶片12上方，这代表磷光体层38或者将被层压在晶片12上方或者磷光体层38将为与LED管芯10分离的远程层。在另一实施例中，磷光体层38可以被切割以形成瓦，并且每个瓦被贴附在LED管芯10上方。另外，在另一实施例中，在L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光装置，包括：安装在底座上的发光二极管(LED)管芯；置于该发光二极管管芯上方的多孔磷光体层，其中该多孔磷光体层包括烧结在一起的磷光体晶粒；以及基本上填充该多孔磷光体层中的空间的无机透明硅酸盐结合剂，该硅酸盐结合剂是通过固化被灌注在该多孔磷光体层中的溶胶‑凝胶或液体玻璃而形成的。

【技术特征摘要】
2012.03.29 US 61/6170681.一种发光装置，包括：安装在底座上的发光二极管(LED)管芯；置于该发光二极管管芯上方的多孔磷光体层，其中该多孔磷光体层包括烧结在一起的磷光体晶粒；以及基本上填充该多孔磷光体层中的空间的无机透明硅酸盐结合剂，该硅酸盐结合剂是通过固化被灌注在该多孔磷光体层中...

【专利技术属性】
技术研发人员：G巴辛，S库伊佩，PS马丁，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL