大功率LED荧光胶封装工艺对其显色性能的影响

现代显示Advanced Display

大功率LED 荧光胶封装工艺对其显色性能的影响

钟传鹏

（深圳市雷曼光电科技有限公司封装工程部，广东深圳518075）

文章编号：1006-6268（2011）11-0031-05

收稿日期：2011-09-23

摘要：通过大量试验，探索了荧光粉分层封装和荧光粉混合封装的不同荧光胶封装工艺对大

功率白光LED 显色性能的影响。通过甄选荧光粉、硅胶以及配比，制备出显色指数（CRI ）为95的高亮度、低衰减的大功率白光LED 。

关键词：大功率白光LED ；荧光胶封装工艺；显色指数中图分类号：TN141.6

文献标识码：B

Influence of Fluorescent Glue Packaging Technology on

the Color Rendering Index of High Power LED

ZHONG Chuan-peng

（Ledman Optoelectronic Co.,Ltd.,Shenzhen Guangdong 518075,China ）

Abstract ：In this artical,a large number of experiments have been done to explore the influence of different fluorescent glue packaging technology of phosphor layered packaging and phosphor mixed packaging on high-power white LED color rendering.By selecting the phosphor,silicon and mixture ratio,high-power white LED with high brightness and low attenuation is prepared,and the color rendering index (CRI)reaches 95.

Keywords ：high power white LED ；fluorescent glue packaging technology ；color rendering index

引言

随着LED 产业的迅猛发展，大功率白光LED 的应用范围在逐步扩大化，相应地对其性能也日益提出更高要求，包括亮度、显色性能、光色一致性等等[1]。改善大功率LED 的显色性能需要重点研究关

键物料荧光粉和荧光粉配比、

封装工艺等[2]。由于高辉度蓝光LED 的问世，因此利用荧光体与蓝光LED 的组合，就可轻易获得白光LED ，然而，如何通过改善荧光粉配比和封装工艺使荧光体与蓝光LED 的组合能够得到更好的发挥，从而改善大功率LED 的显色性能，得到更好的光谱效果，甚至延长使用寿命，对于推动整个产业的持续发展具有非常重要的现实意义。

技术交流

31

Nov.2011，总第130期

现代显示Advanced Display

1

试验方案设计

1.1

项目研究的预期关键技术目标

1.2

方案设计

1.2.1

甄选物料

晶片：发光颜色，发光波段，发光强度；荧光粉：激发波段，粒度粒径，原材料；支架：碗杯形状，基质

材料。

1.2.2工艺试验过程设计

配比的调试，制造工艺的选择，以及各因素包括热学、控制条件、作业方法、来料品质、电流、设计方式、温湿度等的严格控制。1.2.3

产品性能参数的测试

选择高精度、高灵敏度测试机台以保证性能参数的准确无误。

2研究项目的关键要素分析

见图1。

3关键要素甄选和试验过程

通过上述权重分析，可以知道影响大功率LED 显色效果的关键要素是物料、配比和制造工艺。

3.1物料要素

3.1.1

关键物料

红色荧光粉，绿色荧光粉，黄色荧光粉，硅胶，晶片。3.1.2物料甄选关键特性要求

在封装成型后，通过正常蓝色晶片发出光能可以激发，晶片：发光颜色，发光波段，发光强度；荧光粉：激发波段，粒度粒径，原材料；硅胶：粘度，透光率；支架：碗杯形状，基质材料。

序号的目标关键技术项目目前行业水平预计研究可以达到

1显色性能CRI93CRI ≥952

光通量衰减

5%/1,000h

≤5%/1,000h

表1项目研究的预期关键技术目标

图1影响大功率LED 显色效果的主要因素权重分析情况

技

术交流

32

Nov.2011，总第130期

现代显示Advanced Display

3.2荧光粉配比问题

配比的调试最为关键，要使色坐标在特定范围内，光通量最大化，并且要使波谱图趋向完美化，即使显色性能达到最好。

3.3

工艺要素

3.3.1

关键工艺参数设计

荧光胶封胶，外封胶封胶的压力，时间等参数的控制，以及荧光胶烘烤，外封胶封烤的进烤温度，烘烤温度、时间以及外界环境的控制。3.3.2

关键工艺参数分析

通过试验，探索各工艺参数对产品的影响，从而

确定最佳的工艺参数以保证试验高效、

顺利进行。3.4试验过程

3.4.1工艺试验仪器与设备资源需求

烧杯，玻璃棒，固晶机，焊线机，抽真空机，烤箱，IS 测试机台，防潮柜。3.4.2试验主流程设计

先按正常工序，固晶、焊线做好备用材料。（1）按合适比例分别配好单种荧光粉A 、B 、C 的荧光胶，根据固定胶量对备用材料进行点胶，各标号①、②、③，各点3pcs ，用IS 测试机台测试光通量、显色指数等参数，荧光胶烘烤后以及制成成品后皆测试相关数据。

（2）按合适比例配好单种红色荧光粉A 、绿色荧光粉B 的荧光胶以及A 、B 两种荧光粉的混合荧光胶，用A 、B 两种荧光粉的混合荧光胶按固定胶量分别点胶3pcs ，标号④；将配好的A 荧光胶以1/2固定胶量点在晶片上，然后将B 荧光胶以1/2固定胶量点在已点了1/2固定胶量A 荧光胶的材料上，标号⑤；将B 胶点在下面，A 胶点在上面，胶量不变，标号⑥；对④、⑤、⑥分别用IS 机台测试各参数，再进行荧光胶烘烤，荧光胶烘烤出烤后以及制成成品后皆测试相关数据。

荧光粉

硅胶

荧光胶

备用材料

半成品

成品

荧光胶烘烤

点荧光胶

注胶烘烤注胶

图2

红色荧光粉激发光谱能量分布图

技

术交流

33

Nov.2011，总第130期

现代显示Advanced Display （3）将A 、B 、C 三种荧光粉按合适比例配好荧光胶，然后点胶，标号⑦，测试参数，荧光胶烘烤，出烤后再次测试。以A 、B 、C 在混合荧光胶中的比例配好单独的荧光胶，然后按照上下层的顺序点胶：A 、B 、C ，标号⑧；A 、C 、B ，标号⑨；B 、A 、C ，标号⑩；B 、C 、A ，标号輥輯訛；C 、A 、B ，标号輥輰訛；C 、B 、A ，标号輥輱訛。用IS 机台分别测试其参数，然后进行荧光胶烘烤，出烤后以及制成成品后皆分别测试相关数据。

4

试验结果与讨论

4.1

单种荧光粉的荧光胶封装

选择合适发光颜色和波段的晶片，颜色、颗粒

度和激发波段合适的荧光粉，单种荧光粉的封装：红色荧光粉A 封装出的LED 显色性能较差；绿色荧光粉B 封装出的LED 显色指数最大值可达到80；而黄色荧光粉C 封装出的LED 显色指数最大值可达到85。其光谱能量分布图分别如图2、3、4所示。 4.2两种荧光粉的荧光胶封装

两种荧光粉的封装，本文试验采用了两种荧光胶分层封装和两种荧光粉混合后封装的不同荧光胶封装工艺。通过试验，一定波段的蓝光晶片通过激发红色荧光粉A 、绿色荧光粉B 以及硅胶按比例混合而成的荧光胶所封装的LED 显色指数可达到95，而两种荧光胶分层封装出的LED 显色指数略低，为90，其光谱能量分布图分别如图5、6所示（注：荧光粉、硅胶比例，荧光胶胶量以及成品色品坐标均一致）。

4.3

三种荧光粉的荧光胶封装

三种荧光粉的封装，本文试验采用了三种荧光胶分层封装和三种荧光粉混合后封装的不同荧光胶封装工艺。通过试验，一定波段的蓝光晶片通过激发一定激发波段的红色荧光粉A 、绿色荧光粉B 、黄色荧光粉C 以及硅胶按比例混合而成的荧光胶所封装的LED 显色指数可达到94，单种荧光粉分层封装的LED 显色指数可达91，其光谱能量分布图分别如图7、8所示（注：荧光粉、硅胶比例，荧光胶胶量以

图5红色、绿色荧光粉混合封装后激发光谱能量分布图

图6红色、绿色荧光粉分层封装后激发光谱能量分布图图8红、绿、黄色荧光粉分层封装后激发光谱能量分布图

技

术交流

34

Nov.2011，总第130期

现代显示Advanced Display

及成品色品坐标均一致）。

4.4A 、B 两种荧光粉混合荧光胶与A 、B 、C 三种荧光粉混合荧光胶的激发情况对比

由表2可看出，此两种荧光胶封装工艺，A 、B 两种荧光粉混合与A 、B 、C 三种荧光粉混合所封装出的LED 相比，由于黄色荧光粉C 的加入，色温在3,050左右的LED 光通量的最大值平均增加了5.342lm ，变化率为8.85%，显色指数从95下降到92；而色温在6,730左右的LED 光通量的最大值平均增加了3.334lm ，变化率为4.92%，显色指数从95下降到91。

5结论

（1）几种荧光胶分层封装和混合后封装的荧光

胶封装工艺相比，几种荧光粉混合后封装的LED 显色指数高，在荧光粉、硅胶比例，荧光胶胶量以及成品色品坐标均一致的情况下，此两种封装工艺所制备的LED 显色指数平均相差4；

（2）一定波段的蓝光晶片通过激发红色荧光粉A 、绿色荧光粉B 以及硅胶D 按一定比例混合的荧光胶，可封装出显色指数为95的大功率LED ；

（3）红色荧光粉A 、绿色荧光粉B 两种荧光粉混合与红色荧光粉A 、绿色荧光粉B 、黄色荧光粉C 三种荧光粉混合所封装出的LED 相比，由于黄色荧

光粉C 的加入，

色温在3,050左右的LED 光通量的最大值平均增加了5.342lm ，变化率为8.85%，显色指数从95下降到92；而色温在6,730左右的LED 光通量的最大值平均增加了3.334lm ，变化率为4.92%，显色指数从95下降到91。

6后续研讨方向

衰减问题是任何一种LED 产品关注的重点，关

于高显色性能产品的衰减问题将作为后续探索、研究的方向。

参考文献

[1]Steele R V.High-brightness LED market overview [J].

Proc.SPIE ，2001，4445:1.

[2]蒋大鹏，侯凤勤等.白色发光二极管色坐标和显色指数的

一致性[J].液晶与显示，

2002.17.3.[3]张以谟.应用光学[M].北京：机械工业出版社，1988.134.[4]大田登.色彩工学[M].西安：西安交通大学出版社，

1998，320.

[5]Zukauskas A ，

Shur M S ，Caska R.Introduction to Sol-id-s tate Lighting[M].New York:Jwiley &Sons ，2002.

作者简介：钟传鹏（1983-），男，硕士研究生，现任深

圳市雷曼光电科技有限公司封装工程部大功率研发

工程师，多年从事高性能复合材料等各种材料的研究，E-mail:chuanpengzhong@ledman.com.cn 。

荧光粉\\测试项

显色指数（AVG ）

光通量（AVG ）

色温（AVG ）

(X ，Y)A 、B 两种荧光粉9560.3523057(0.4322,0.4013)A 、B 、C 三种荧光粉9265.6943049(0.4323,0.4015)A 、B 两种荧光粉9567.7246727(0.3104,0.3186)A 、B 、C 三种荧光粉

91

71.058

6735

(0.3103,0.3183)

表2

A 、

B 两种荧光粉混合与A 、B 、

C 三种荧光粉混合所封装的LE

D 对比

技

术交流

35