[发明专利]一种用有机金属化学气相沉淀法制备LED宽频梯度荧光薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于LED荧光薄膜的制备方法，特别涉及多元液相输送有机金属化学气相沉淀法（MOCVD）制造LED宽频梯度荧光薄膜的方法。

背景技术

发光二极管（LEDs）是将电能转换为光的固态设备，一般包括一个或多个量子阱夹在两个相反掺杂层的半导体材料之间。当偏压施加在两个掺杂层上时，空穴和电子被注入到量子阱中，他们在那里激发复合并产生光。这些光从所述LED的量子阱和所有表面发射出来。

通常，LED不能从它们的量子阱激发直接产生的白光。从LED蓝色光转换为白色光，需要通过LED与周围的黄色荧光材料，聚合物或染料，例如，一个典型的荧光材料是铈掺杂的钇铝石榴石（YAG：Ce荧光材料）[查看日亚化学公司的白色LED型号NSPW300BS，NSPW312BS等;Cree.RTM公司,EZBright.TM的发光二极管及美国专利US5959316等]。这些荧光材料在LED的蓝色光的激发下，产生黄色光。LED的一些的蓝色光通过荧光体不变，而大量的蓝色光的一部分被荧光材料吸收，变频为黄色光。LED发出的蓝色和荧光材料被激发黄色的两种光相结合，形成了一种白光。为了提高白光的显色指数，蓝色LED也可以与绿色和红色荧光材料相结合，或与黄色和红色荧光材料相结合形成类似阳光得白光。另一种方法从通过LED紫色光或紫外线光激发其周围的多色（红，绿，蓝）荧光材料而形成白色光。此外，三色LED（红，绿，蓝）组合也可形成白光。由于绿色LED的发光效率较低，通常使用四个LED（一红，二绿，一蓝）来形成白光，只是价格昂贵。

最常规方法是把荧光材料层涂在LED上：先把荧光材料与环氧树脂或有机硅聚合物相混合，然后用注射器或喷嘴把它们涂敷在LED器件上。然而，使用这种方法，非常难以控制的荧光材料层的几何形状和厚度。其结果是，从LED的不同的角度发射出来的光通过转换材料时是不同量的，这样会导致作为LED的视角函数是非均匀色温的。由于使用上述方法很难控制荧光材料层的几何形状和厚度，因此，同批次的LEDs是很难重复制造和保持同样的性能。

用于涂覆的LED的另一种传统的方法是采用模板技术[欧洲专利申请EP1198016A2]。多个LED器件被布置在基板上，各相邻的LED之间保持适当的距离。模版提供了具有与LED对齐的开孔，其孔径略大于LED器件尺寸和模版比LED器件稍厚。这模版被定位在衬底上，使每一个开孔与每一个的LED相对应。然后，把荧光材料与有机硅聚合物混合并沉积在模具的开口部来覆盖每一个LED器件。填充孔后，荧光材料与有机硅聚合物，可以通过热或光来固化。

上述的注射器方法和的模板技术，都难以控制荧光体材料的几何形状和厚度。使用模板，荧光体材料可能不完全填充，导致LED上的荧光体材料分布不均匀。含有的荧光体的组合物还可能粘在模板上，从而使涂覆在LED上荧光材料的量减少。模板上孔的开口部也可能未对齐LED器件。这些问题都可能会导致LED具有非均匀的色温度和同批次的LEDs是很难重复制造和保持同样的性能。

对其他的LED的各种涂覆工艺，包括旋涂，喷涂，静电沉积（ESD），和电泳沉积（EPD）等，也都进行了分析。例如旋涂或喷涂的过程通常在荧光粉沉积过程中，要使用的粘合剂材料，而其它的工艺则在荧光体颗粒/粉末沉积后，需要立即添加粘合剂来固定LED上的荧光材料。在这些方法中，涂覆或沉积在LED器件上的荧光材料是以粉末（无定形或多晶硅或次晶）形式存在，且具有高斯函数的粒度分布。虽然荧光材料的颗粒通常是结晶的，但它们往往具有晶粒边界的物理缺陷，并因为晶格缺陷而形成的非辐射复合中心。此外，较小的荧光体粒子还可因增加的散射而导致入射光的损失。另一方面，固定荧光材料的粘结材料，如聚硅氧烷，环氧树脂等具有与LED外延片不同的折射率，会在LED器件内形成内部反射而造成效率损失。

如果能在LED器件上直接外延生长荧光材料薄膜，或在LED灯罩衬片上沉积均匀的荧光材料薄膜，将大大减少LED内部反射和散射的光效率损失，获得各向均匀的色温度.同时高性能的LEDs能够制造出来和大批量生产，且保持同样的性能。特别是如果能在LED器件上直接外延生长各色（红绿蓝）荧光材料薄膜，或在LED灯罩衬片上沉积均匀的多色（红绿蓝等）荧光材料薄膜，则可以制备出具有高光电转化率和高显色指数即近似阳光的白色LED器件。

发明内容