本發(fā)明屬于發(fā)光材料領(lǐng)域，具體涉及一種白光LED用熒光玻璃透鏡的制備方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，白光LED產(chǎn)品以藍(lán)光LED芯片搭配黃色熒光粉最為普遍，已成為白光LED主流。但直接涂覆在LED芯片表面的熒光粉易受溫度影響出現(xiàn)老化和光衰，且不易分散均勻而出現(xiàn)色斑，一致性難以滿足高顯色性和背光源等應(yīng)用要求。以經(jīng)典白光LED仿流明式封裝為例，如圖1所示：將LED芯片通過焊料邦定(bonding)在熱沉或者基板1上，然后焊接金線完成電氣連接，之后在芯片2上涂覆混有熒光粉的硅膠3，然后填充不含熒光粉的硅膠4，最后蓋上PC(聚碳酸酯)透鏡5。

對于LED可靠性的研究指出，LED失效案例中很多屬于封裝失效，以仿流明式封裝為例，其存在的問題是：由于PC透鏡形變導(dǎo)致外界濕氣、熱氣進(jìn)入LED模組內(nèi)部、對硅膠的透射和率折射率性能產(chǎn)生惡劣影響；含有熒光粉的硅膠與外界空氣中的污染成分接觸導(dǎo)致老化變色(碳化、硫化、氯化)，導(dǎo)致了LED光通量下降、色溫大幅度漂移，致使LED失效；另外，由于熒光粉距離芯片很近，而芯片作為LED模組熱量的主要來源，工作溫度極高(室溫下，350mA驅(qū)動時，芯片結(jié)溫高達(dá)100℃甚至更高)，如此高溫會降低熒光粉的光致發(fā)光效率。

經(jīng)最新研究表明，除了LED芯片之外，熒光粉在吸收藍(lán)光發(fā)出黃光的過程中，也會釋放一些熱量，與LED芯片一起構(gòu)成LED模組的兩個發(fā)熱源，兩個熱源距離如此之近，使得含熒光粉硅膠這一區(qū)域成為LED失效的重災(zāi)區(qū)。

現(xiàn)有技術(shù)針對上述LED可靠性問題做了一些改進(jìn)，通過熒光玻璃的燒結(jié)技術(shù)，將熒光粉與玻璃體成分燒結(jié)在一起，用于白光LED的封裝，這種封裝的新方式省去了含熒光粉的硅膠，用熱穩(wěn)定性更好的玻璃來替代PC塑料制作透鏡、使得透鏡機械性能更好、熱穩(wěn)定性也更好。

現(xiàn)有技術(shù)其存在的問題是：燒結(jié)制得的熒光玻璃體需要通過二次加工才能得到用于LED封裝的玻璃熒光透鏡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中燒結(jié)制得的熒光玻璃體需要通過二次加工才能用于LED封裝問題，提出一種LED熒光玻璃透鏡的制備方法，使用該方法可以一次性燒結(jié)加工成型用于白光LED封裝的熒光玻璃透鏡。

本發(fā)明LED熒光玻璃透鏡的制備方法，包括以下步驟：

S1：按照LED模組所需透鏡的形狀尺寸，加工放電等離子體燒結(jié)機靶室內(nèi)的上下石墨壓頭，使其成為燒結(jié)熒光玻璃透鏡的模具；

S2：將熒光玻璃透鏡的原材料粉末研磨混合均勻；

S3：將上述混合均勻的熒光玻璃粉末填入到上述加工好的壓頭模具中，并壓緊，在放電等離子體燒結(jié)機中完成燒結(jié)。

優(yōu)選地，所述步驟S1中的上下石墨壓頭，是在精密數(shù)控機床上使用石墨加工制得的。

優(yōu)選地，所述步驟S1中加工的上下石墨壓頭，一對上下壓頭能夠同時燒結(jié)加工一個以上的熒光玻璃透鏡，按照陣列的方式在壓頭內(nèi)排布。

優(yōu)選地，所述步驟S2中的熒光玻璃透鏡的原材料粉末，按摩爾百分比包含以下成分：氧化鋁60-75％、氧化硅5-15％、氧化釔10-25％、氧化鈰為0.25-5％。

優(yōu)選地，所述步驟S2中的熒光玻璃透鏡的原材料粉末，按摩爾百分比包含以下成分：氧化鋁65-70％、氧化硅8-12％、氧化釔15-20％、氧化鈰為1-4％。

優(yōu)選地，所述步驟S2中研磨是在球磨機中進(jìn)行的。

優(yōu)選地，所述步驟S2中研磨過程在室溫下進(jìn)行，研磨的轉(zhuǎn)速為400-800rad/min，研磨時間為10-15h，研磨至400目以上。

優(yōu)選地，所述步驟S2中，研磨過程中還可以在球磨中添加易揮發(fā)的溶劑。

優(yōu)選地，所述易揮發(fā)的溶劑為甲醇，乙醇或者丙酮中的一種。

優(yōu)選地，所述步驟S3中的燒結(jié)過程為：2-4min從室溫升溫至500-700℃，3-5min從500-700℃升溫至1000-1200℃，之后在最高溫度保持1-3min，燒結(jié)時的壓力為46-60MPa，燒結(jié)后降至室溫，將透鏡取出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明LED熒光玻璃透鏡的制備方法，在現(xiàn)有的放電等離子體燒結(jié)靶室上下壓頭的基礎(chǔ)上，通過重新加工鑄造壓頭，改變上下壓頭的形狀，使其成為LED模組透鏡的模具，將混有熒光粉的玻璃體粉末填充滿上下壓頭的空間，一次性燒結(jié)加工成型用于白光LED封裝的遠(yuǎn)程激發(fā)熒光玻璃透鏡，減少了加工工序，提高了工作效率。并且，放電等離子燒結(jié)技術(shù)和其他的燒結(jié)技術(shù)相比，形成同樣的玻璃體所需的溫度更低、能耗更低、能量使用率更高、時間更短。

附圖說明

圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中現(xiàn)有的LED封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例1中加工的上下壓頭模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例1中上下壓頭模具的填充過程的剖面示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例1中上下壓頭模具壓緊后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實施例1中燒結(jié)完成后上下壓頭模具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明實施例1中熒光玻璃透鏡用于LED封裝的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的介紹，以使更好的理解本發(fā)明，但下述實施例并不限制本發(fā)明范圍。在下述實施例中，所使用的實驗方法如無特別說明，均為常規(guī)方法；所用的材料、試劑等如無特別說明，均可以從市購獲得，所述的“常溫”是指15-30℃。

實施例1

本發(fā)明實施例1采用放電等離子體燒結(jié)機，提供一種白光LED用熒光玻璃透鏡的制備方法。所述方法需要的設(shè)備包括：等離子放電燒結(jié)機一臺、精密數(shù)控機床一臺、行星式球磨機一臺。所需要的原材料包括：石墨，用作加工燒結(jié)室的壓頭；氧化硅、氧化鋁和氧化釔，作為熒光玻璃體的主要基材；氧化鈰，用作熒光玻璃體內(nèi)的熒光體。本實施例LED用熒光玻璃透鏡的制備方法包括以下步驟：

S1：按照LED模組所需透鏡的形狀尺寸，加工放電等離子體燒結(jié)機靶室內(nèi)的上下石墨壓頭，使其成為燒結(jié)熒光玻璃透鏡的模具。

首先將位于放電等離子體燒結(jié)機的靶室核心部位的上下壓頭取出，按照LED模組所需透鏡的形狀尺寸，在精密數(shù)控機床上使用石墨重新加工上壓頭6和上壓頭7，如圖2所示，壓頭的尺寸根據(jù)熒光透鏡的尺寸可做靈活調(diào)整，以現(xiàn)在常用的1W白光LED模組為例，下壓頭內(nèi)徑為5毫米左右。一對壓頭可同時燒結(jié)加工多個透鏡，按照陣列的方式在壓頭內(nèi)排列，本實施例的圖2中只給出一對壓頭對應(yīng)一枚透鏡的情況。

S2：將熒光玻璃透鏡的原材料粉末研磨混合均勻。

熒光玻璃透鏡的原材料粉末，按摩爾百分比包含以下成分：氧化鋁60-75％、氧化硅5-15％、氧化釔10-25％、氧化鈰為0.25-5％。氧化鈰的含量根據(jù)封裝之后模組的色溫可以進(jìn)行調(diào)整，模組色溫高，則少添加氧化鈰成分，光譜中藍(lán)光成分較多，黃光成分較少；反之，模組色溫低，則多添加氧化鈰成分，光譜中藍(lán)光成分較少，黃光成分較多。在本實施例中的熒光玻璃透鏡的原材料粉末，具體的配比為(摩爾百分比)：氧化鋁70％、氧化硅8％、氧化釔21％、氧化鈰為1％。上述原材料粉末的研磨在球磨機中進(jìn)行，室溫下研磨的轉(zhuǎn)速為600rad/min，研磨時間為12個小時，研磨至400目即可。研磨過程中還可以在球磨中添加易揮發(fā)的溶劑。優(yōu)選地，所述易揮發(fā)的溶劑為甲醇，乙醇或者丙酮中的一種，在本實施例中選用乙醇作為研磨溶劑，幫助原材料粉體的混合分散。

S3：將上述混合均勻的熒光玻璃粉末填入到上述加工好的壓頭模具中，并壓緊，在放電等離子體燒結(jié)機中完成燒結(jié)。

如圖3所示，在上下壓頭的空隙處填滿上述混合均勻的熒光玻璃粉的混合物8，并將上下壓頭壓緊蓋嚴(yán)，如圖4所示。燒結(jié)的具體過程為：3min從室溫升溫至600℃，4min從600℃升溫至1100℃，之后在最高溫度保持2min，燒結(jié)時的壓力為50MPa，燒結(jié)后降至室溫，如圖5所示，將燒結(jié)好的透鏡9取出。

如圖6所示，將燒結(jié)好的熒光玻璃透鏡9用于白光LED封裝。在圖6中，1為金屬熱沉或者基板，2為LED芯片，4為不含熒光粉的硅膠，9為熒光玻璃透鏡。

本實施例在現(xiàn)有的放電等離子體燒結(jié)靶室上下壓頭的基礎(chǔ)上，通過重新加工鑄造壓頭，改變上下壓頭的形狀，使其成為LED模組透鏡的模具，將混有熒光粉的玻璃體粉末填充滿上下壓頭的空間，一次性燒結(jié)加工成型白光LED封裝用的遠(yuǎn)程激發(fā)熒光透鏡。一次性燒結(jié)加工成型，減少了加工工序，提高了加工效率。

與圖1中現(xiàn)有技術(shù)中的白光LED封裝相比，本實施例在LED的封裝過程中省去了緊貼芯片表面的含熒光粉硅膠層，減少了一個熱阻層，轉(zhuǎn)而將熒光粉置于玻璃透鏡中，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程激發(fā)涂覆，降低了熒光粉的環(huán)境溫度，提高了熒光激發(fā)效率；與此同時，由于無機透鏡的使用，減小了透鏡的形變系數(shù)，提升了模組的氣密性。并且，放電等離子燒結(jié)技術(shù)和其他的燒結(jié)技術(shù)相比，形成同樣的玻璃體所需的溫度更低、能耗更低、能量使用率更高、時間更短。

實施例2

本實施例的LED熒光玻璃透鏡的制備方法中，步驟S2中，熒光玻璃透鏡的原材料粉末，具體的配比為(摩爾百分比)：氧化鋁65％、氧化硅12％、氧化釔19％、氧化鈰為4％。其他步驟的操作與實施例1相同，在此不再贅述。

實施例3

本實施例的LED熒光玻璃透鏡的制備方法中，步驟S2中，熒光玻璃透鏡的原材料粉末，具體的配比為(摩爾百分比)：氧化鋁60％、氧化硅14.75％、氧化釔25％、氧化鈰為0.25％。其他步驟的操作與實施例1相同，在此不再贅述。

實施例4

本實施例的LED熒光玻璃透鏡的制備方法中，步驟S2中，熒光玻璃透鏡的原材料粉末，具體的配比為(摩爾百分比)：氧化鋁75％、氧化硅5％、氧化釔15％、氧化鈰為5％。其他步驟的操作與實施例1相同，在此不再贅述。

本發(fā)明LED熒光玻璃透鏡的制備方法，在現(xiàn)有的放電等離子體燒結(jié)靶室上下壓頭的基礎(chǔ)上，通過重新加工鑄造壓頭，改變上下壓頭的形狀，使其成為LED模組透鏡的模具，將混有熒光粉的玻璃體粉末填充滿上下壓頭的空間，一次性燒結(jié)加工成型白光LED封裝用的遠(yuǎn)程激發(fā)熒光透鏡，一次性燒結(jié)加工成型，減少了加工工序，提高了加工效率。

最近的研究表明，在白光LED中，黃色熒光粉在吸收藍(lán)光發(fā)出黃光的同時，也會產(chǎn)生一部分的熱量，因此除了LED芯片本身，熒光粉也是一個發(fā)熱源。與圖1中現(xiàn)有技術(shù)中的白光LED封裝相比，本發(fā)明在LED的封裝過程中省去了緊貼芯片表面的含熒光粉硅膠層，減少了一個熱阻層，并將芯片和熒光粉這兩個發(fā)熱源分開，通過使用熒光玻璃透鏡實現(xiàn)了遠(yuǎn)程涂覆，使得熒光粉遠(yuǎn)離主要的熱源即LED芯片，降低了熒光粉本身所處的環(huán)境溫度，提高了其光致發(fā)光效率。

另外，無機玻璃透鏡的使用，避免了原本PC透鏡由于形變性能較差所導(dǎo)致的模組氣密性的破壞，避免含熒光粉硅膠的氯化、硫化和碳化所導(dǎo)致的LED模組失效。并且，放電等離子燒結(jié)技術(shù)和其他的燒結(jié)技術(shù)相比，形成同樣的玻璃體所需的溫度更低、能耗更低、能量使用率更高、時間更短。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。