王宇阳

（佛山市航光电子科技有限公司）

LED模块荧光粉胶在线修补方案*

王宇阳

（佛山市航光电子科技有限公司）

基于LED关键制作工艺中点胶工序的产品一致性问题，提出一种LED模块荧光粉胶在线修补方案，通过点胶、测量和补胶的工艺方案，解决了初次点胶偏离目标色坐标较远的问题。基于色度学理论建模，建立LED芯片和荧光粉峰值功率与点胶量V1的方程组，并通过该方程组计算目标色坐标点的点胶量V2，从而得到修补胶量ΔV。实验结果表明，本文提出的方案能有效提升LED模组的光色一致性，改进产品质量。

LED模块；荧光粉胶；在线修补

0 引言

白光LED作为一种新型照明光源广泛应用于各行各业，但其关键制作工艺点胶工序的产品一致性问题，是限制LED产能的关键问题[1-2]。白光LED的发光原理是采用蓝光LED激发荧光粉发射红、黄色荧光，混合得到白光光源，其光色特性取决于每次点胶量和荧光粉浓度。现有点胶工艺将荧光粉胶存储在针管中，然后通过点胶机每次点固定量的荧光粉胶在LED模块上；然而由于荧光粉存在沉降特性，随着时间推移，针管底部荧光粉浓度会增加，导致产品光色一致性降低[3-4]。目前的解决方案是通过随机抽样点胶后的LED产品，检测其光色特性，根据经验调整点胶机的点胶量。此方法存在以下问题：无法修正已点胶产品的光色特性；人工抽检的方式效率低；通过经验调整点胶量不准确。

为克服现有LED点胶工艺问题，本文提出一种LED模块荧光粉胶在线修补方案，能够实现点胶、测试和补胶的全自动化，减少人工干预、提高LED产品光色一致性。

1 LED模块荧光粉胶在线修补方案

1.1 在线修补装置及工艺流程

本文提出的LED模块荧光粉胶在线修补方案主要包括初次点胶、积分球测量光谱参数和补胶3个步骤。为自动实现上述步骤，设计一种全自动装置，如图1所示。

图1 LED模块荧光粉胶在线修补装置示意图

该装置主要包括点胶机、积分球和光谱仪。工艺流程如图2所示。其核心是基于采集的信息计算修补胶量，使LED模块色坐标接近目标色坐标，以提高产品光色一致性。

图2 LED模块荧光粉胶在线点胶、修补工艺流程

1.2 修补胶量建模

点胶后，可得到当时荧光粉的胶量为V1；LED模组的光谱分布芯片峰值功率和荧光粉峰值功率至此可计算此时LED芯片的光谱、荧光粉和LED模块的光谱为

由于荧光粉胶吸收蓝光，导致芯片光谱功率下降，荧光粉将蓝光吸收，激发出荧光。假设此时LED芯片功率、波长、荧光粉浓度不发生变化，那么可得到点胶量V与的函数关系为

这种函数关系可通过大量实验数据进行拟合，拟合的结果往往是非线性的[6]。但在补粉阶段，由于LED模组的色坐标已经非常接近目标位置，增补粉量远远小于之前的点胶量，因此可在局部范围内假设其为线性变化，即

理想的色坐标（x0,y0）若在（xchip,ychip）和（xp,yp）直线上，则理想芯片功率与荧光粉激发光谱功率比例R根据颜色相加理论可得

因此，计算实际应点胶量V2为

则，增补荧光粉胶量ΔV＝V2-V1。

2 实验验证

白光LED用荧光粉主要含有铝酸盐、硅酸盐和氮化物3类，其中铝酸盐类荧光粉因其量子效率高、高温稳定性好、工艺操作简易，且激发光谱与蓝光芯片的发射光谱重合度好，能有效吸收芯片蓝光，在白光LED中应用最为广泛[8-9]。为此，本文采用黄色YAG荧光粉作为实验对象。

2.1 实验设置

实验采用的LED芯片为3W，中心波长为460 nm，色坐标（0.1384，0.0523）。采用YAG-04黄色荧光粉作为实验对象，其峰值波长为558 nm，色坐标（0.4504，0.5331）。荧光粉胶采用AB胶，混合比例为A：B：YAG = 0.45：0.45：0.1。

点胶机和补胶机针管内为同一批次的荧光粉胶，保证具有相同的沉淀效果。本实验以5700 K的BIN为目标，根据颜色相加理论可知，此LED与YAG混合得到的白光最接近5700 K中心（0.3287，0.3417）的理想色坐标为（0.3280，0.3443），以5700 K的LED BIN中心的3阶、5阶、7阶麦克亚当椭圆[10]，如图3所示。

图3 5700 K LED BIN中心及色容差分布图

为了避免初次点胶过多，导致后续无法增胶进行修补，因此点胶量略低于经验值，共进行10次点胶，每次间隔1分钟。记录每次点胶的胶量V1，积分球测量点胶后的LED模块色坐标LED芯片峰值功率 和荧光粉峰值功率按照1.2节提出的修补方案计算修补胶量ΔV；然后，再次测量修补之后的LED模块色坐标。

2.2 实验结果

经过10次点胶测得的结果如图4所示。可以发现初次点胶后，LED模块的色坐标点距离5700 K中心偏差较大，甚至7个LED模块的色坐标落在6500 K LED BIN内，具体数据如表1所示。以5700 K LED BIN为中心绘制的麦克亚当椭圆中，2个在5 SDCM内，4个在7 SDCM内，4个在7 SDCM外。

表1 LED模块初次点胶后测量数据

图4 初次点胶（方形）和修补后（圆形）的色坐标分布图

通过1.2节提出的修补方案，计算得到修补胶量ΔV和测量修补后LED模块的色坐标如表2和图4所示。从图4可以看出，补胶后LED模组色坐标全部进入5700 K LED BIN中，并且更接近其中心。从光色一致性看，补胶后LED模块的色坐标更加集中。以5700 K LED BIN为中心的绘制的麦克亚当椭圆中，有3个在3 SDCM内，6个在5 SDCM内，1个在7 SDCM内。

表2 LED模块补胶量及测量得到的色坐标

实验证明，本文提出的LED模块荧光粉胶在线修补方案能有效提升LED模组的光色一致性，改进产品质量，提高产品一致性。

3 结语

本文提出一种LED模块荧光粉胶在线修补方案，通过点胶、测量和补胶的工艺方案，解决初次点胶偏离目标色坐标较远的问题。方案基于色度学理论建模，建立LED芯片和荧光粉峰值功率与点胶量的对应关系。并基于该对应关系计算到目标色坐标点的点胶量，从而得到修补胶量。

实验结果表明，本方案能有效提升LED模组的光色一致性，改进产品质量。并且该方案还可用于修正初次点胶量，实现动态调节，减少人工干预，提升点胶工艺的自动化程度。

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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

王宇阳，男，1990年生，本科，主要研究方向：半导体照明关键工艺研究与自动化、智能化改造等。E-mail: 2547562967@qq.com

广东省应用型科技研发专项“面向LED 光组件大规模制造的光色品质精确控制全自动装备研制”（2015B010133004）