LED模塊熒光粉膠在線修補方案*

王宇陽

（佛山市航光電子科技有限公司）

LED模塊熒光粉膠在線修補方案*

王宇陽

（佛山市航光電子科技有限公司）

基于LED關鍵制作工藝中點膠工序的產品一致性問題，提出一種LED模塊熒光粉膠在線修補方案，通過點膠、測量和補膠的工藝方案，解決了初次點膠偏離目標色坐標較遠的問題?；谏葘W理論建模，建立LED芯片和熒光粉峰值功率與點膠量V1的方程組，并通過該方程組計算目標色坐標點的點膠量V2，從而得到修補膠量ΔV。實驗結果表明，本文提出的方案能有效提升LED模組的光色一致性，改進產品質量。

LED模塊；熒光粉膠；在線修補

0 引言

白光LED作為一種新型照明光源廣泛應用于各行各業，但其關鍵制作工藝點膠工序的產品一致性問題，是限制LED產能的關鍵問題[1-2]。白光LED的發光原理是采用藍光LED激發熒光粉發射紅、黃色熒光，混合得到白光光源，其光色特性取決于每次點膠量和熒光粉濃度?，F有點膠工藝將熒光粉膠存儲在針管中，然后通過點膠機每次點固定量的熒光粉膠在LED模塊上；然而由于熒光粉存在沉降特性，隨著時間推移，針管底部熒光粉濃度會增加，導致產品光色一致性降低[3-4]。目前的解決方案是通過隨機抽樣點膠后的LED產品，檢測其光色特性，根據經驗調整點膠機的點膠量。此方法存在以下問題：無法修正已點膠產品的光色特性；人工抽檢的方式效率低；通過經驗調整點膠量不準確。

為克服現有LED點膠工藝問題，本文提出一種LED模塊熒光粉膠在線修補方案，能夠實現點膠、測試和補膠的全自動化，減少人工干預、提高LED產品光色一致性。

1 LED模塊熒光粉膠在線修補方案

1.1 在線修補裝置及工藝流程

本文提出的LED模塊熒光粉膠在線修補方案主要包括初次點膠、積分球測量光譜參數和補膠3個步驟。為自動實現上述步驟，設計一種全自動裝置，如圖1所示。

圖1 LED模塊熒光粉膠在線修補裝置示意圖

該裝置主要包括點膠機、積分球和光譜儀。工藝流程如圖2所示。其核心是基于采集的信息計算修補膠量，使LED模塊色坐標接近目標色坐標，以提高產品光色一致性。

圖2 LED模塊熒光粉膠在線點膠、修補工藝流程

1.2 修補膠量建模

點膠后，可得到當時熒光粉的膠量為V1；LED模組的光譜分布芯片峰值功率和熒光粉峰值功率至此可計算此時LED芯片的光譜、熒光粉和LED模塊的光譜為

由于熒光粉膠吸收藍光，導致芯片光譜功率下降，熒光粉將藍光吸收，激發出熒光。假設此時LED芯片功率、波長、熒光粉濃度不發生變化，那么可得到點膠量V與的函數關系為

這種函數關系可通過大量實驗數據進行擬合，擬合的結果往往是非線性的[6]。但在補粉階段，由于LED模組的色坐標已經非常接近目標位置，增補粉量遠遠小于之前的點膠量，因此可在局部范圍內假設其為線性變化，即

理想的色坐標（x0,y0）若在（xchip,ychip）和（xp,yp）直線上，則理想芯片功率與熒光粉激發光譜功率比例R根據顏色相加理論可得

因此，計算實際應點膠量V2為

則，增補熒光粉膠量ΔV＝V2-V1。

2 實驗驗證

白光LED用熒光粉主要含有鋁酸鹽、硅酸鹽和氮化物3類，其中鋁酸鹽類熒光粉因其量子效率高、高溫穩定性好、工藝操作簡易，且激發光譜與藍光芯片的發射光譜重合度好，能有效吸收芯片藍光，在白光LED中應用最為廣泛[8-9]。為此，本文采用黃色YAG熒光粉作為實驗對象。

2.1 實驗設置

實驗采用的LED芯片為3W，中心波長為460 nm，色坐標（0.1384，0.0523）。采用YAG-04黃色熒光粉作為實驗對象，其峰值波長為558 nm，色坐標（0.4504，0.5331）。熒光粉膠采用AB膠，混合比例為A：B：YAG = 0.45：0.45：0.1。

點膠機和補膠機針管內為同一批次的熒光粉膠，保證具有相同的沉淀效果。本實驗以5700 K的BIN為目標，根據顏色相加理論可知，此LED與YAG混合得到的白光最接近5700 K中心（0.3287，0.3417）的理想色坐標為（0.3280，0.3443），以5700 K的LED BIN中心的3階、5階、7階麥克亞當橢圓[10]，如圖3所示。

圖3 5700 K LED BIN中心及色容差分布圖

為了避免初次點膠過多，導致后續無法增膠進行修補，因此點膠量略低于經驗值，共進行10次點膠，每次間隔1分鐘。記錄每次點膠的膠量V1，積分球測量點膠后的LED模塊色坐標LED芯片峰值功率 和熒光粉峰值功率按照1.2節提出的修補方案計算修補膠量ΔV；然后，再次測量修補之后的LED模塊色坐標。

2.2 實驗結果

經過10次點膠測得的結果如圖4所示?？梢园l現初次點膠后，LED模塊的色坐標點距離5700 K中心偏差較大，甚至7個LED模塊的色坐標落在6500 K LED BIN內，具體數據如表1所示。以5700 K LED BIN為中心繪制的麥克亞當橢圓中，2個在5 SDCM內，4個在7 SDCM內，4個在7 SDCM外。

表1 LED模塊初次點膠后測量數據

圖4 初次點膠（方形）和修補后（圓形）的色坐標分布圖

通過1.2節提出的修補方案，計算得到修補膠量ΔV和測量修補后LED模塊的色坐標如表2和圖4所示。從圖4可以看出，補膠后LED模組色坐標全部進入5700 K LED BIN中，并且更接近其中心。從光色一致性看，補膠后LED模塊的色坐標更加集中。以5700 K LED BIN為中心的繪制的麥克亞當橢圓中，有3個在3 SDCM內，6個在5 SDCM內，1個在7 SDCM內。

表2 LED模塊補膠量及測量得到的色坐標

實驗證明，本文提出的LED模塊熒光粉膠在線修補方案能有效提升LED模組的光色一致性，改進產品質量，提高產品一致性。

3 結語

本文提出一種LED模塊熒光粉膠在線修補方案，通過點膠、測量和補膠的工藝方案，解決初次點膠偏離目標色坐標較遠的問題。方案基于色度學理論建模，建立LED芯片和熒光粉峰值功率與點膠量的對應關系。并基于該對應關系計算到目標色坐標點的點膠量，從而得到修補膠量。

實驗結果表明，本方案能有效提升LED模組的光色一致性，改進產品質量。并且該方案還可用于修正初次點膠量，實現動態調節，減少人工干預，提升點膠工藝的自動化程度。

[1] 馮瀚.熒光粉沉降問題對LED光學一致性的影響[D].武漢:華中科技大學,2011.

[2] 劉宗源.大功率LED封裝設計與制造的關鍵問題研究[D].武漢:華中科技大學,2010.

[3] 王依蔓.大功率LED用熒光粉膠中顆粒沉淀現象理論和實驗研究[D].武漢:華中科技大學,2014.

[4] Hu Run, Luo Xiaobing, Han Feng, et al. Effect of phosphor settling on the optical performance of phosphor-converted white light-emitting diode[J]. Journal of Luminescence, 2012,132(5):1252-1256.

[5] 詹鈺君.大功率白光LED熒光粉測試系統的設計與實現[D].武漢:武漢理工大學,2012.

[6] 賈龍昌.熒光粉沉降導致的白光LED色溫漂移及其解決辦法[D].南京:東南大學,2015.

[7] Ohta N, Robertson A R. Colorimetry: fundamentals and applications [M]. US：John Wiley & Sons, 2006.

[8] 嚴小松.白光LED用熒光材料的制備與性能研究[D].上海:上海交通大學,2011.

[9] 解文杰.白光LED用硅基氧氮化物熒光粉的研究[D].合肥:中國科學技術大學,2010.

[10] Macadam D L. Visual sensitivities to color differences in daylight[J]. Journal of the Optical Society of America, 1942, 32(5):247-274.

Online Correction of LED Module Phosphor Glue

Wang Yuyang
(Foshan Hang Guang Electronic Technology Co., Ltd.)

White LED as a new type of lighting has been widely used in all walks of life, but its key production process in the dispensing process of product consistency is a key issue to limit the LED production capacity. In this paper, a kind of LED module phosphor patch online patch program, through the dispensing, measurement, filling the process program to solve the initial dispensing deviation from the target color coordinates of the problem. Based on the theory of chromaticity modeling, the correspondence between the peak power of LED chip and phosphor and the dispensing volume V1is established. And the dispensing amount V2of the target color coordinate point is calculated based on the correspondence relationship. The experimental results show that the proposed scheme can effectively improve the color consistency of LED module and improve the product quality.

LED Module; Phosphor Glue; Online Correction

王宇陽，男，1990年生，本科，主要研究方向：半導體照明關鍵工藝研究與自動化、智能化改造等。E-mail: 2547562967@qq.com

廣東省應用型科技研發專項“面向LED 光組件大規模制造的光色品質精確控制全自動裝備研制”（2015B010133004）