白光led的制作.doc

白光白光 LED 的制作的制作全固体白光发光二极管（W-LED）将作为照明光源取代以爱迪生发明的白炽灯泡为代表的照明光源，引发照明界的一场革命，已取得科学界与产业界共识作为照明光源，W-LED 具有体积小、寿命长等优点，而且，与白炽灯相比，后者的辐射主要集中在红外区，产生大量热量，W-LED 则是一种冷光源，辐射主要集中在可见光区，几乎不产生热，也消除了非可见光区电磁波对人体的危害；与荧光灯相比，W-LED 的制造与使用过程都不会引入汞的污染，与叠有许多线状光谱的荧光灯光谱，W-LED 的连续光谱更接近自然光；此外，由于使用低于 5V 的直流电源，W-LED 不会有 50Hz 的闪烁现象；由于灯体封装在树脂中，W-LED 对震动等因素不敏感，比灯丝或灯管对环境的适应性更高基于 LED 的种种优点，它将能取代部分难以更换或昂贵的发光设备， 比如目前已开始应用在交通照明以及背景光照明等，甚至在医学上，W-LED 被用于内窥镜的照明，使无引线内窥镜得以实现1931 国际照明委员会（CIE）色度图（如图 1）显示了颜色之间的关系 色度图是建立在人眼视网膜上有三种不同的颜色感应细胞的基础上相应每种细胞的不同响应，每种颜色可以用三个色度参量（X，Y，Z）来表示。

又由于理论上任何颜色都可以用三基色混合而成，用归一化的色坐标（x，y，z）表示这三种基色所占的份量近年来，随着气相外延生长的化合物半导体薄膜技术的改进，特别是在金属有机化合气相沉积(MOCVD)技术方面取得的巨大进展用 MOCVD 方法制成的发光二极管（LED）显著的提高了发光强度，并增加了颜色的变化范围GaN 基蓝色 LED出现后，红绿蓝三色 LED 全部完成，几乎可以实现人眼能分辨的全部颜色其中白色 LED 成了人们关注的焦点1931 国际照明委员会（CIE）色度图（如图 1）显示了颜色之间的关系 色度图是建立在人眼视网膜上有三种不同的颜色感应细胞的基础上相应每种细胞的不同响应，每种颜色可以用三个色度参量（X，Y，Z）来表示又由于理论上任何颜色都可以用三基色混合而成，用归一化的色坐标（x，y，z）表示这三种基色所占的份量，x+y+z=100%，z 由（x，y）唯一确定，因此任何颜色都可以用（x，y）色度图上的点来表示图中 E 是概念中的纯白色，坐标为（0.33,0.33）基于上述理论，我们可利用 GaN 基蓝光芯片与 YAG 荧光粉封装制得自然白光 LED低压 MOCVD 技术制成的单量子阱（SQW）InGaN/GaN 蓝光 LED 的电致发光光谱其发光峰为 460nm，半峰值全宽（FWHM）为 30nm，荧光染料是高温烧结制成的含 Ce3+的钇铝石榴石（YAG）荧光粉，吸收峰为 460nm。

发射谱是可见光区内的宽谱，峰值 550nm，颜色为黄色蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有 YAG 的树脂薄层，约 200-500nm，YAG 的质量含量为 30-50%LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光之所以采用这种方法，是因为这样得到的白光均匀稳定，与红绿蓝三基色白光等相比，更接近自然日光发光部分封装在树脂中，成为直径3mm（Φ3）或 5mm（Φ5）的 LED为得到色坐标较好，即更接近自然纯白色坐标的白光 LED，其关键在于完成YAG 荧光粉与 EPOXY（环氧树脂）的最佳配比，以及后续封装工艺的改进首先我们针对波长范围为 462~464nm 的蓝光芯片，利用适用于此波长段的荧光粉作配比实验如下：方案一：荧光粉：A+B 胶（型号：A2015R，B2015R，无色透明胶状，A 胶使用前必须在 80°c 烤箱中烘烤 90 分钟，以保证其均匀性和流动性），比例为1：4+4（上述比为质量比，以下 A 胶与 B 胶比例均为 1：1）以下质量均在精度为 0.1mg 的电子秤上得到其制作工艺为：1）扩晶，翻晶——将波长为 462~464nm 的蓝光芯片放于扩张机上扩大致晶粒间隔为晶粒本身大小的 2-3 倍，用白色翻晶膜将正面朝上的晶粒翻转成背面朝上。

2）点胶——从-5°c 冷藏箱中取出绝缘胶，装于连接点胶机的塑料针筒内，调节点胶机气压及出胶时间致出胶量不超过晶粒本身厚度的 2/3，一般为1/3，用排料夹排好支架便可在显微镜下进行点胶 +图 2： 排料夹3）固晶——用固晶笔将白色翻晶膜上的晶粒轻轻按入有绝缘胶的杯槽中， 图 3：点胶务必使晶粒正面朝上，并在杯槽之中央位置，检查无误后放入温度为 150°c 的烤箱中烘烤 90~110 分钟图 4：固晶4）打线——待烤胶完成后即可从烤箱中取出固好晶粒之支架放入打线机中打图 5：打线线开启打线机 5 分钟后，待加热温度稳定在预设的 252°c（根据芯片所能承受的温度而定）即可开始打线，打线时须注意使金线两焊点之连线为直线且不宜过高，尽量使焊点在晶粒电极的中央位置5）将此比例之混合剂盛于适量烧杯（用前须用病痛清洗洁净并吹干）中，充分搅拌均匀后，放入抽气箱中抽真空 10~30 分钟后取出，为保证混合物的均匀性，在抽完真空后须再次轻微搅拌，但须注意避免出现气泡将混合剂倒入点胶针筒内，调节点胶机气压和出胶时间在晶粒杯槽中注入荧光粉混合剂，由于金线极易折断，故务必注意不能使针头碰触金线。

6）将涂完荧光粉的支架放入 120°c 的烤箱中烘烤 90 分钟，实验证明由于毛细张力的影响，杯槽中荧光粉混合剂的在烤前和烤后有如下图所示变化：120°c 烘烤 90 分钟 烤前荧光粉 烤后荧光粉混和剂量 混合剂量与杯口齐平 成下凹状此剂量封装完成后其 X，Y 色坐标平均值大约在 0.245 左右，偏蓝120°c 烘烤 90 分钟 烤前荧光粉 烤后荧光粉混和剂量 混合剂量超过杯口 大约与杯口齐平成上凸弧状 此剂量封装完成后其 X，Y 色坐标平均值大约在 0.652 左右，更接近自然白光色坐标（0.33，0.33）。

图 6：烤箱7）灌胶——称一定质量的无色透明状脂胶，在搅拌机中搅拌均匀后，放入真空箱中抽取真空，大约一小时后拿出，在灌胶机中将胶灌入如下图所示胶模中：图 7：胶杯模胶杯口径为 ø3mm 和 ø5 mm 两种，此次白光实验用后者（口径 ø5 mm，杯深大约 3.7mm），灌胶时须注意胶杯中不能有气泡存在，避免此现象可有两种措施：A-在粘胶机上先把支架杯中粘满胶，后垂直插入胶杯模中；B-将支架水平持握使电极杯与胶杯中胶少量接触后慢慢扶正，垂直插入胶杯中检查胶杯中胶量，使之与杯口齐平而不溢出 8）烤胶—— 将灌好胶之支架放入 120°c 烤箱中烘烤 90~120 分钟后取出，在脱模机中脱模图 8：脱模机9）切脚——将封装完成之支架在切脚机上去除连接支架的多余金属，注意切脚之方向，务必使杯口超右，切除后较短之管脚为负极如图示：图 9：切脚机图 10：测试治具10）测试——在测试机中将切好脚之 LED 放入测试治具中（负极朝左），进行测试，将不亮或电性参数不合格之 LED 用剪嵌剪去如上图示：11）包装结论：在不加扩散剂的情况下，荧光粉与 AB 胶质量比为 1：8 时，混合剂量在满杯（超过电极杯口高度呈突起状）时，其色度坐标要比平杯（混合剂量为与杯口平齐）更接近自然白光色坐标（0.33，0.33），但此比例在两种状况下封状完成后之 LED 均偏蓝色，而由步骤 6 图所示在同样配比之混合剂量覆盖晶粒表面的厚度多少对 LED 的色度影响很大，已经多次实验证明在不加扩散剂而同样配比的情况下，混合剂量为满杯时要比在平杯时封出之 W-LED 更接近自然白光，且厚度在 200nm-500nm 时为最佳。

方案二：荧光粉：A+B 胶质量比为——1.2：8；扩散剂：A+B 胶质量比为——1：2其中 A 胶：B 胶仍为 1：1）其工艺步骤与上述基本相同，不同之处在于烤完荧光粉后须增加点扩散剂混合剂之步骤，点完后亦须在 120°c 烤箱中烘烤 60~110 分钟，待混合剂干后即可灌胶封装实验仍分为混合剂量满杯和平杯进行如图示：荧光粉混合剂荧光粉层120°c 烘烤 90 分钟平杯（烤前） 烤后扩散剂混合剂 扩散剂层 120°c 烘烤 90 分钟荧光粉混合剂 荧光粉层满杯（烤前）结论：实验证明，在加扩散剂之 LED 其色度坐标显然更接近自然白光，但亮度明显降低，平均亮度大约减少 1000mcd 左右，但平均色度坐标 X，Y 为（0.3083，0.3053）（此为荧光粉混合剂量为平杯时之数据）基本接近自然白光色度坐标值。

另外此次实验方案还有以下几种：1）荧光粉：A+B 胶——1.2：8（封装结果偏黄，色坐标在 0.36 以上）2）荧光粉：A+B 胶——1.05：83）荧光粉：A+B 胶——1.05：8+扩散剂：A+B 胶——1：184）荧光粉：A+B 胶：扩散剂——1.2：8：2（三种物质混合）以上实验所用荧光粉为 1#（460~465nm），芯片均为 462~464nm，且均分为平杯和满杯进行5）荧光粉（1#+2#，比例为 1：1，其中 2#为 465~470nm）：A+B 胶——1：8芯片为 462~464nm6)荧光粉（2#）：A+B 胶——1.1：8芯片为 462~464nm 和 465~470 nm总结：A:针对波长为 460~465nm 范围的芯片采用 1#（460~465nm）的荧光粉，其与A+B 胶的质量比例为 1.1：8，在不加扩散剂的情况下使荧光粉混合剂量达到满杯时，LED 色坐标最接近自然白光，其平均亮度在 3500mcd（芯片本身亮度为20~40mcd）左右，但肉眼可见黄色光圈，此为色度不纯之表现；B:加扩散剂可增加激发的黄光与透出之蓝光的结合率，可消除兰色或黄色光圈，从而达到更好的色坐标，但扩散剂混合覆盖在晶粒表面最上层，势必减低透光性，使 LED 整体亮度降低，为达到最好的白光色坐标，而减少亮度损失，可适当降低荧光粉浓度和扩散剂浓度，根据实验方案二结果，可将比例调整为：荧光粉：A+B 胶——1.15：8+扩散剂：A+B 胶——1：8。

C:针对某一波长段的芯片应采用与之相对应的荧光粉效果为佳，而采用几种不同型号荧光粉混合与某一特定波长段的芯片制作 White-LED，其效果并不佳，当然交错使用效果更差D:在不添加扩散剂的情况下制作白光 LED，使荧光粉混合剂量达到超过杯口呈突起状（满杯）为最佳；采用在荧光粉表层覆以扩散剂混合物工艺时，宜使荧光粉混合剂达到平杯，烤干后再将扩散剂混合物加致满杯后烤干封装以上具体操作步骤可参考公共盘中芯片组文件夹中的 GaN LED 讲义（ISO）另附方案二实验结果数据表格如下：序号色坐标 X色坐标 Yλ p（nm）Iv(mcd)1 0.29390.283045919872 0.31970.3252459189330.32540.3346459173340.32070.334。