采用发蓝光或紫光的二极管晶片制备发白光二极管的方法

摘要

本发明涉及一种采用发蓝光或紫光的二极管晶片制备发白光二极管的方法，其特征是由下列工序构成：将发蓝光或紫光的二极管晶片固定到反应容器底部，然后加入按一定比例配置好的乙酸钇、乙酸铕水溶液，在保持温度为80－85℃，溶液pH值为4－6和搅拌存在下滴加异丁醇铝水溶液，滴完后继续搅拌直至二极管晶片表面形成凝胶为止，然后将其在850℃－1100℃温度下烧结40分钟后取出，进行切割封装，即制成发白光二极管。本发明的优点是由于采用了湿法制造，使荧光粉烧结温度降低，从而使晶片表面的钇铝石榴石膜层粒度小、致密、附着力大，膜层厚度均匀，膜层表面平整光滑，提高了发白光二极管的发光质量，成品率高，可达90％，制膜工序减少，材料的工艺损耗低，进一步降低了发白光二极管的生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的制备方法，尤其涉及一种采用发蓝光或紫光的二极管晶片制备发白光二极管的方法。

背景技术

随着半导体材料的突飞猛进的发展，新一代发光二极管的出现，作为新型光源，其耗电仅为普通白炽灯的1/10，而寿命却可以延长100倍，由于具有节能、长寿命、免维护、环保等优点，因而代替传统的白炽灯和荧光灯是大势所趋，尤其发白光二极管因其可广泛用于家庭照明、道路交通照明、汽车照明、城市景观照明及航空、港口、车站、体育场馆、广告媒体等显示器应用，因而市场前景广阔。但目前，市售发光白光二极管的一般制备方法是采用固体合成的方法，具体的步骤是先制备掺铕钇铝石榴石荧光粉，然后将其调浆喷涂到发蓝光或紫光的二极管晶片表面，再经加热去除溶剂，并使其与二极管晶片固化在一起，掺铕钇铝石榴石荧光粉经蓝光或紫光激发发出琥珀色光并与蓝光或紫光合成产生白光。这种方法的缺点是在掺铕铱铝石榴石荧光粉的制备过程中烧结温度高，一般在1600-1700℃以上，因而形成的荧光粉的粒度大，直径达5-15μm，附着力不强，且膜厚不均匀，成品率低，一般合格率低于70％；此外，采用固体合成方法需要有烧结制粉、再与发光二极管晶片固化结合两道加热工序，工艺过程较复杂，而且在荧光粉喷涂过程中，由于采用单只发光二极管晶片喷涂方法，荧光粉可能喷落在发光二极管晶片之外，因而荧光粉损耗量大，这些均加大了制造成本。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的问题，提供一种采用湿法即液体化学合成方法在发蓝光或紫光的二极管晶片表面附着钇铝石榴石膜层制造发白光二极管的方法，与上述固体合成方法相比，其膜层形成过程中烧结温度低，形成的粒度小、附着力大，荧光膜厚度均匀，膜层表面平整光滑，发光质量及成品率高；制膜工序减少；材料的利用率提高，可进一步降低发白光二极管的生产成本，从而克服上述缺陷。

本发明的技术方案是提供了一种采用发蓝光或紫光的二极管晶片制备发白光二极管的方法，其特征是由下列工序构成：

(1)制备乙酸钇、乙酸铕水溶液，以摩尔比计，乙酸钇为0.997～0.980，乙酸铕为0.003～0.02，水为80～100；称取物料后，在80-85℃温度下将乙酸钇、乙酸铕加入水中制成乙酸钇、乙酸铕水溶液；

(2)制备异丁醇铝水溶液，以摩尔比计，按(1)中制备的水溶液中乙酸钇与乙酸铕的总量为3，无水异丁醇铝量为5，称取物料后，再以无水异丁醇铝为1，水为80～100称取水量；然后在80-85℃温度下将无水异丁醇铝加入水中制成水溶液；

(3)以(1)和(2)制备的水溶液中所含的乙酸钇、乙酸铕及异丁醇铝总质量计，按1克：20cm²的二极管晶片比例取发蓝光或紫光的二极管晶片放入反应容器中并固定在反应容器底部，然后，将(1)制成的温度为80-85℃的乙酸钇、乙酸铕水溶液加入到反应容器中，在保持温度为80-85℃，溶液PH值为4-6和搅拌存在下滴加异丁醇铝水溶液，滴完后继续搅拌直至二极管晶片表面形成凝胶为止，然后将二极管晶片取出；

(4)将取出的表面附着凝胶层的发蓝光或紫光的二极管晶片放入焙烧炉中，脱水后升温，在850℃-1100℃下烧结40分钟表层形成铕激活的钇铝石榴石膜层；

(5)将(4)制成的附有铕激活的钇铝石榴石膜层的二极管晶片按常规方法切片再封装引线，即为发白光二极管成品。

在这种方法中，异丁醇铝与乙酸钇、乙酸铕在溶液中实现了离子之间在离子水平上的均匀混合，随着溶液中聚合反应的进行，生成物逐渐堆积加厚并均匀附着在发蓝光或紫光的二极管晶片表面，由于离子本身的活化性能大大提高，因而使合成稳定的聚合物的温度显著降低，上述凝胶在850-1100℃即可生成掺铕钇铝石榴石晶体，按上述反应物与发光二极管晶片表面积的配比，发光二极管可获得20-25μm厚度的掺铕钇铝石榴石膜层，与采用固体法单独合成掺铕钇铝石榴石荧光粉的固体烧结相比，因其各种固体中的离子首先要在高温下获得足够的能量挣脱固体对它的束缚才能相互结合到一起，所以需要1600-1700℃的高温，致使粒度大性能不好，而采用本方法，由于粒度小，致密，附着力强不易脱落，且随反应进行，聚合物层层堆垒附着到发光二极管晶片表面，因此膜层厚度均匀，表面平整光滑。

本发明的优点是：由于采用了湿法制造，使荧光粉烧结温度降低，二极管晶片表面形成的钇铝石榴石膜层粒度小、致密、附着力大，膜层厚度均匀，膜层表面平整光滑，提高了发白光二极管的发光质量，成品率高，可达90％，制膜工序减少，材料的工艺损耗低，进一步降低了发白光二极管的生产成本。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明提供的采用发蓝光或紫光的二极管晶片的制备方法进行详细说明。

实施例1

(1)制备乙酸钇、乙酸铕水溶液，以摩尔比计，乙酸钇为0.997，乙酸铕为0.003，水为80；称取分析纯乙酸钇17.079克，分析纯乙酸铕0.061克，水72.700克，在80-85℃温度下将乙酸钇、乙酸铕加入水中制成乙酸钇、乙酸铕水溶液；

(2)制备异丁醇铝水溶液，以摩尔比计，按(1)中制备的水溶液中乙酸钇与乙酸铕的总量为3，无水异丁醇铝量为5，称取分析纯无水异丁醇铝20.707克后，再以无水异丁醇铝为1，水为80，称取水121.200克；然后在80-85℃温度下将无水异丁醇铝加入水中制成水溶液；

(3)以(1)和(2)制备的水溶液中所含的乙酸钇、乙酸铕及异丁醇铝总质量计，按1克：20cm²的二极管晶片比例取10片规格为4×5cm²的发蓝光的二极管晶片放入反应容器中并通过底部的固定槽固定在反应容器底部，然后，将(1)制成的温度为80-85℃的乙酸钇、乙酸铕水溶液加入到反应容器中，在保持溶液温度为80-85℃，溶液PH值为4-6和搅拌存在下滴加异丁醇铝水溶液，滴完后继续搅拌直至所有二极管晶片表面形成凝胶为止，然后将二极管晶片取出，这过程中溶液温度要保持在80-85℃，并可用乙酸调节溶液PH值保持在4-6。

(4)将取出的表面附着凝胶层的10片发蓝光二极管晶片放入焙烧炉中，脱水后升温，在850℃下烧结40分钟表层形成铕激活的钇铝石榴石膜层；

(5)将(4)制成的附有铕激活的钇铝石榴石膜层的10片发蓝光二极管晶片取出，按常规方法，冷却至室温，将每片都切割成2000片后再分别封装引线，即为发白光二极管成品。

对形成铕激活的钇铝石榴石表层的10片发蓝光二极管晶片进行逐片测试：经用X射线衍射图分析，10片二极管晶片表面的非晶态凝胶在850℃均已出现峰值，说明形成了铕激活的钇铝石榴石晶相；观察用阴极射线激发的发光光谱，主峰出现在592±2mm范围，用色度仪测试，色坐标分布在X＝0.534±0.005，Y＝0.453±0.005范围，呈琥珀色；用亮度计测试，亮度分布在14±0.5FL范围；用厚度计测得铕激活的钇铝石榴石层厚度分布在20-21μm范围，膜层厚度均匀；用电子显微镜放大1900倍测试粒度直径在1-2μm之间，且膜层表面平整光滑，上述诸项性能检测说明指标达到合格成品要求；经切割后对总计2万只发白光二极管的晶片逐片检测，用测试钉在膜层表面划“×”痕，91％无划痕，符合要求。

实施例2

(1)制备乙酸钇、乙酸铕水溶液，以摩尔比计，乙酸钇为0.990，乙酸铕为0.010，水为90；称取分析纯乙酸钇16.857克，分析纯乙酸铕0.201克，水81.300克，在80-85℃温度下将乙酸钇、乙酸铕加入水中制成乙酸钇、乙酸铕水溶液；

(2)制备异丁醇铝水溶液，以摩尔比计，按(1)中制备的水溶液中乙酸钇与乙酸铕的总量为3，无水异丁醇铝量为5，称取分析纯无水异丁醇铝20.568克后，再以无水异丁醇铝为1，水为90，称取水135.400克；然后在80-85℃温度下将无水异丁醇铝加入水中制成水溶液；

(3)以(1)和(2)制备的水溶液中所含的乙酸钇、乙酸铕及异丁醇铝总质量计，按1克：20cm²的二极管晶片比例取10片规格为4×5cm²的发紫光的二极管晶片放入反应容器中并通过底部的固定槽固定在反应容器底部，然后，将(1)制成的温度为80-85℃的乙酸钇、乙酸铕水溶液加入到反应容器中，在保持溶液温度为80-85℃，溶液PH值为4-6和搅拌存在下滴加异丁醇铝水溶液，滴完后继续搅拌直至所有二极管晶片表面形成凝胶为止，然后将二极管晶片取出，这过程中溶液温度要保持在80-85℃，并可用乙酸调节溶液PH值保持在4-6。

(4)将取出的表面附着凝胶层的10片发紫光二极管晶片放入焙烧炉中，脱水后升温，在1000℃下烧结40分钟表层形成铕激活的钇铝石榴石膜层；

(5)将(4)制成的附有铕激活的钇铝石榴石膜层的10片发紫光二极管晶片取出，按常规方法，冷却至室温，将每片都切割成2000片后再分别封装引线，即为发白光二极管成品。

对形成铕激活的钇铝石榴石表层的10片发紫光二极管晶片进行逐片测试：经用X射线衍射图分析，10片二极管晶片表面的非晶态凝胶在1000℃出现峰值，形成了铕激活的钇铝石榴石晶相，但比在850℃出现的峰值更为锋利，说明结晶更完整；观察用阴极射线激发的发光光谱，主峰出现在592±2nm范围，用色度仪测试，色坐标分布在X＝0.534±0.005，Y＝0.453±0.005范围，呈琥珀色；用亮度计测试，亮度分布在18±0.5FL范围；用厚度计测得铕激活的钇铝石榴石层厚度分布在22-23μm范围，膜层厚度均匀；用电子显微镜放大1900倍测试粒度直径在1-3μm之间，且膜层表面平整光滑，上述诸项性能检测说明指标达到合格成品要求；经切割后对总计2万只发白光二极管的晶片逐片检测，用测试钉在膜层表面划“×”痕，91％无划痕，符合要求。

实施例3    

(1)制备乙酸钇、乙酸铕水溶液，以摩尔比计，乙酸钇为0.980，乙酸铕为0.020，水为100；称取分析纯乙酸钇16.538克，分析纯乙酸铕0.398克，水89.600克，在80-85℃温度下将乙酸钇、乙酸铕加入水中制成乙酸钇、乙酸铕水溶液；

(2)制备异丁醇铝水溶液，以摩尔比计，按(1)中制备的水溶液中乙酸钇与乙酸铕的总量为3，无水异丁醇铝量为5，称取分析纯无水异丁醇铝20.398克后，再以无水异丁醇铝为1，水为100，称取水149.200克；然后在80-85℃温度下将无水异丁醇铝加入水中制成水溶液；

(3)以(1)和(2)制备的水溶液中所含的乙酸钇、乙酸铕及异丁醇铝总质量计，按1克：20cm²的二极管晶片比例取10片规格为4×5cm²的发蓝光的二极管晶片放入反应容器中并通过底部的固定槽固定在反应容器底部，然后，将(1)制成的温度为80-85℃的乙酸钇、乙酸铕水溶液加入到反应容器中，在保持溶液温度为80-85℃，溶液PH值为4-6和搅拌存在下滴加异丁醇铝水溶液，滴完后继续搅拌直至所有二极管晶片表面形成凝胶为止，然后将二极管晶片取出，这过程中溶液温度要保持在80-85℃，并可用乙酸调节溶液PH值保持在4-6。

(4)将取出的表面附着凝胶层的10片发蓝光二极管晶片放入焙烧炉中，脱水后升温，在1100℃下烧结40分钟表层形成铕激活的钇铝石榴石膜层；

(5)将(4)制成的附有铕激活的钇铝石榴石膜层的10片发蓝光二极管晶片取出，按常规方法，冷却至室温，将每片都切割成2000片后再分别封装引线，即为发白光二极管成品。

对形成铕激活的钇铝石榴石表层的10片发蓝光二极管晶片进行逐片测试：经用X射线衍射图分析，10片二极管晶片表面的非晶态凝胶1100℃出现峰值，形成了铕激活的钇铝石榴石晶相，但比在1000℃出现的峰值更锋利，说明结晶更纯；观察用阴极射线激发的发光光谱，主峰出现在592±2nm范围，用色度仪测试，色坐标分布在X＝0.534±0.005，Y＝0.453±0.005范围，呈琥珀色；用亮度计测试，亮度分布在17±0.4FL范围；用厚度计测得铕激活的钇铝石榴石层厚度分布在24-25μm范围，膜层厚度均匀；用电子显微镜放大1900倍测试粒度直径在1-5μm之间，说明随温度升高，膜层粒度增大，但表面仍较平整光滑，上述诸项性能检测说明指标达到合格成品要求；经切割后对总计2万只发白光二极管的晶片逐片检测，用测试钉在膜层表面划“×”痕，90％无划痕，符合要求。

在上述实施例中，实施例2为最佳实施例。

在本实施例中所用的乙酸钇、乙酸铕、无水异丁醇铝化学试剂，发蓝光及发紫光二极管晶片均可以在市场上采购到。