CN101308898B - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种能容易地制造在基板上搭载发光芯片、在其外侧配置有含荧光体的透明树脂的发光装置的方法。该发光装置制造方法包括：搭载步骤，将发光芯片(3)搭载在基板(20)上；圆顶形成步骤，利用液滴排出装置使液滴向上排出，从而在基板(20)上形成充满发光芯片(3)外侧并覆盖成圆顶状的透明树脂部(4)以及含有荧光体并形成在透明树脂部(4)外侧的荧光体层(5)；反射层形成步骤，在圆顶状的透明树脂部(4)和荧光体层(5)外侧，在与基板接触的位置附近形成反射层(6)。圆顶形成步骤也可包括在排出的透明树脂固化之前使透明树脂中的荧光体沉降到圆顶表面附近的沉降步骤。

Description

发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及在基板上搭载发光二极管(LED)芯片、在其外侧配置有含荧光体的透明树脂的发光装置以及该发光装置的制造方法。
背景技术
发出波长短的激发光的LED芯片与具有波长变换性能的荧光体颗粒组合而成的白色LED发光装置已知这样形成：在带有反射板的基板上设置LED芯片，在该芯片上涂布分散了黄色荧光体颗粒的透明树脂层(参照专利文献1)。然而，该方法中，由于荧光体均匀地分布，因此从LED芯片通过荧光体层的光路越长，发光就越会带有黄色，其结果会产生颜色不均的问题。
如专利文献2所揭示的那样，若是在LED芯片周围均匀地具有荧光体层的结构，则降低上述那样的荧光体量的方向依赖性，可改善颜色不均。但在该结构中，由于荧光体层与LED芯片接触，故存在着荧光体层发出的光被LED芯片吸收或LED芯片发出的热量被荧光体层吸收等问题。
为了解决这些问题，在非专利文献1中提出了一种通过做成在透明树脂层上具有均匀荧光体层的结构而将LED芯片与荧光体层隔离的结构。采用这种结构，可大幅度消除上述LED芯片与荧光体接触所产生的问题。
除了上述构成的白色LED结构以外，还有一种由紫外LED芯片和通过其发光而激发的红色、绿色、蓝色荧光体构成的白色LED结构(专利文献3)。此时，对于搭载有紫外LED芯片的基板，在半球状的透明树脂的表层形成红、蓝、绿色荧光体的混合层，从而能得到白色光。将这样的红、蓝、绿色荧光体混合时，存在着容易吸收波长短侧的光的问题。作为对其改善的方法，提出了一种将发出波长更短的荧光体层层叠为位于内层的方法。
专利文献1：日本特开平7-99345号公报
专利文献2：美国专利6576488号说明书
专利文献3：美国专利申请公开2006/0105485号说明书
专利文献4：日本特开平6-238884号公报
专利文献5：日本特开平8-99408号公报
非专利文献1：洪罗等著(Hong Luoら著)，应用物理学知识，86，243505(2005)，“磷基白光发射二极管用高能包的分析”(APPLIED PHYSICS LETTER，86，243505(2005)，“Analysis of high-power packages for phosphor-based white-light-emitting diodes”)
然而，要形成上述那样的由荧光体层和透明树脂层构成的多层结构在工艺上很麻烦，而要在平板基板上形成由荧光体层和透明树脂层构成的多层更加困难。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种容易地制造在基板上搭载有发光芯片、在其外侧配置有含荧光体的透明树脂的发光装置的方法以及能利用该方法进行制造的发光装置。
为了实现上述目的，本发明的发光装置制造方法，其特征在于，包括：搭载步骤，在该步骤中，将发光芯片搭载在基板上；圆顶形成步骤，在该步骤中，利用液滴排出装置而在所述基板上形成充满所述发光芯片外侧并覆盖成圆顶状的透明树脂部以及含有荧光体并形成在所述透明树脂部的至少顶部附近外侧的荧光体层；反射层形成步骤，在该步骤中，在所述圆顶状的透明树脂部和荧光体层的外侧，在与所述基板接触的位置附近形成反射层，所述圆顶形成步骤包括：利用所述液滴排出装置将液滴向上排出的步骤，所述圆顶形成步骤还包括：将含荧光体的透明树脂液滴向上排出到所述基板上和所述发光芯片外侧的含有荧光体树脂排出步骤；在由所述含有荧光体树脂排出步骤所排出的透明树脂固化之前，使该透明树脂中的所述荧光体沉降到所述圆顶的表面附近的沉降步骤，所述荧光体层含有分散在透明树脂中的大量荧光体颗粒，这些荧光体颗粒的粒径分布为，越接近所述荧光体层的表面越大。
另外，本发明的发光装置，其特征在于，包括：基板；搭载在所述基板上的发光芯片；在所述基板上充满所述发光芯片外侧并覆盖成圆顶状的透明树脂部；形成在所述透明树脂部的至少顶部附近外侧并含有荧光体的荧光体层；在所述透明树脂部与所述基板接触的位置附近的、设在所述透明树脂部外侧的反射层，所述荧光体层含有分散在透明树脂中的大量荧光体颗粒，这些荧光体颗粒的粒径分布为，越接近所述荧光体层的表面越大。
采用本发明，能以简便的工艺制作颜色不均小的发光装置。本发明尤其适用于白色LED发光装置。
附图说明
图1是表示本发明第一实施形态的发光装置结构的立面图。
图2是表示图1的发光装置制造方法实施形态中圆顶形成步骤的立面图。
图3是表示图1的发光装置制造方法实施形态中沉降步骤的立面图。
图4是表示图1的发光装置制造方法实施形态中反射层形成步骤的立面图。
图5是表示本发明第二实施形态的发光装置制造方法中反射层形成步骤的立面图。
图6是表示本发明第二实施形态的发光装置制造方法中圆顶形成步骤的立面图。
图7是表示本发明第二实施形态的发光装置制造方法中沉降步骤的立面图。
图8是表示本发明第三实施形态的发光装置结构的立面图。
图9是表示本发明第四实施形态的发光装置结构的立面图。
(符号说明)(本案不是PW案的话，请代理老师删除本部分内容)
1反射板
3LED芯片
4，4a，4b透明树脂层(透明树脂部)
5荧光体层
6反射层
7金属导线结合
8，9电极
10液滴排出装置
11含荧光体的透明树脂
12含金属的油墨
13红色荧光体层
14绿色荧光体层
15蓝色荧光体层
20基板
22导线框
30封装杯
31凹陷部
32底部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的发光装置及其制造方法的实施形态进行说明。在此，彼此相同或类似的部分标上同一符号，并省略重复说明。
(第一实施形态)
本发明的第一实施形态的白色LED发光装置中，如图1所示，具有呈圆顶状(例如半球状)地充满在基板20上的透明树脂层(透明树脂部)4，该基板20搭载有荧光体的激发光源即LED芯片3，在该透明树脂层4的外侧具有荧光体层5。在靠近半球状的透明树脂层4与基板20的边界的部分外侧存在没有荧光体层5的环状区域，以覆盖该区域的状态形成有反射层6。LED芯片3利用金属导线结合7等而与导线框22上的电极8、9连接。
该结构的制造方法例如按图2至图4所示的步骤实施。首先，将LED芯片3安装在基板20上。然后，如图2所示，将基板20的安装了LED芯片3的面朝下，在此状态下在基板20上涂布含荧光体的透明树脂11，形成含荧光体的透明树脂11的圆顶状结构。此时，从液滴排出装置10朝上排出树脂的液滴。接着，在含荧光体的透明树脂11固化之前使其中含有的荧光体沉降，如图3所示，使圆顶状结构的表面附近形成聚集有较多萤光体的荧光体层5，并与其内侧的透明树脂层4分离。然后使透明树脂固化。
接着，如图4所示，环状的反射层6形成为将透明树脂层4与基板20接触的附近围住的状态。此时，与含荧光体的透明树脂11的涂布相同，通过从液滴排出装置10向上排出含金属的油墨，就可涂布形成反射层6。
在上述说明中，在形成了含荧光体的透明树脂11的圆顶状结构后使荧光体沉降而形成荧光体层5，作为其他方法，也可最初在LED芯片3上形成仅由透明树脂形成的小半球结构，然后将含荧光体的透明树脂层重叠形成。
这样，使荧光体与LED芯片3隔离，可在半球状透明树脂层4的表层部形成荧光体层5。对荧光体的沉降来说颗粒直径越大沉降速度越快。因此，在所形成的荧光体层内成为这种结构：具有颗粒直径随着向半球结构的外侧而增大的分布。利用沉降形成的该荧光体颗粒层中，由颗粒直径更大的颗粒堆积在半球结构的表层，由小颗粒填埋在由大颗粒构成的空隙中进行堆积。因此，可减小荧光体层的厚度不均。
这里的基板20也可是导线框22的LED芯片3搭载部。另外，既可是陶瓷平面基板，也可是玻璃平面基板。
作为本制造工艺，尤其是在考虑了高速的制造工艺的情况下，最好在半球状透明树脂内使荧光体颗粒迅速沉降。透明树脂层4的粘度越低，荧光体的沉降速度越大，因此从沉降速度方面来看，透明树脂层的粘度以低为佳。另外，液滴排出装置10一般难以排出高粘度的液体，从排出性来看，最好更低粘度。
由液滴排出装置排出的含荧光体的透明树脂11中荧光体的含有率在例如荧光体颗粒直径约为30μm时最好是15重量％至60重量％的范围。使用相同荧光体的重量％的含荧光体的透明树脂、并使用相同蓝色LED芯片时，所形成的半球结构的大小越大，黄色荧光体的量就有过剩的趋势，会成为更带黄色的发光。半球结构的直径约为1mm时，荧光体的浓度最好为40～50重量％。
作为本实施形态的液滴排出装置10，可利用打印机等所使用的喷墨装置。一般在压电方式和热方式的液滴排出装置中，因喷嘴部堵塞问题等而只能稳定地排出约30mPs·s以下的低粘度的油墨和含有小直径颗粒的油墨。另一方面，在集束超声波(日文：集束超音波)方式的液滴排出装置(参照专利文献4和5)中，由于是不需要造成油墨堵塞原因的喷嘴的结构，因此能排出粘度更高的油墨和含有直径为数十微米的颗粒的液滴。因此，利用集束超声波方式的液滴排出装置，能排出白色LED的封装所使用的高粘度(＞100mPs·s)的树脂和含有直径为10μm以上的荧光体颗粒的树脂液滴。
本实施形态中，透明树脂和荧光体颗粒的排出以使用超声波液滴排出装置为前提时，透明树脂的粘度最好在3000mPs·s以下，考虑到稳定的图案形成性时最好在1000mPs·s以下。另一方面，液滴排出装置的油墨室内的荧光体分散性越大越好，对此粘度越大，荧光体的沉降性受到抑制，这是希望的。因此，出于这样的观点，透明树脂的粘度最好在100mPs·s以上。
作为透明树脂的种类，最好在从液滴排出装置排出时是低粘度，在树脂射到基板20上后固化的材料。具体而言，最好是热固化型的硅酮树脂或热固化型的环氧树脂。不过，环氧树脂等的有机高分子系材料容易因LED芯片光源而导致材料老化，长时间使用后，有时会产生着色等的老化。因此最好使用热固化型硅酮树脂。
热固化型树脂可以是单液型和二液混合型中的任一种。另外，热固化型树脂通过对基板20加热而能促进树脂的固化，因此，通过基板20的加热，可延迟荧光体的沉降速度。由此能调节半球结构内的荧光体分布。
作为荧光体材料，由于需要迅速形成由沉降带来的荧光体层，因此颗粒直径最好较大。另外，荧光体的颗粒直径越大，越可提高白色LED结构的光取出效率，作为发光装置，荧光体的颗粒直径也是越大越好。另一方面，颗粒直径越大，液滴排出装置的油墨室内的颗粒分散性就下降，液滴排出装置的排出更为困难。综合这些因素，荧光体的颗粒直径最好在5μm～100μm的范围内。
本实施形态的利用荧光体沉降的荧光体层的形成方法中，在半球结构中的基板20附近部形成有几乎没有荧光体分布的区域。来自LED芯片的蓝色光从该部分泄漏，其结果，白色LED发光装置会产生颜色不均。一般在白色LED中，为了提高发光装置朝上方的光取出而具有在LED芯片周围设置了反射板的结构。
在本实施形态的白色LED发光装置的半球结构中的基板20附近部，通过从半球的外部设置反射层6，可大幅度地改善该颜色不均的问题。此时，为了防止蓝色光的泄漏，反射层6需要与半球结构接触。因此，作为设置与立体半球结构的侧部接触的反射层6的设置方法，应用由液滴排出装置涂布含金属的油墨这样的方法。作为含金属的油墨，典型的有分散了金、银、铜等纳米级的颗粒油墨。考虑到反射率和颗粒的稳定性等，含有银颗粒的油墨更佳，以便形成反射层。
作为制作步骤，在形成半球结构后，利用液滴排出装置10将含金属的油墨涂布在半球结构的侧面。在含金属的油墨中含有用于稳定地分散纳米颗粒的分散剂，涂布后通过加热烧成，能得到反射率更高的反射层。在此若使用低温烧成型的含有银纳米胶体的油墨，则利用150℃的烧成就可形成具有足够反射率的反射层。在烧成时，当反射层出现裂痕的话，可重叠涂布含金属的油墨进行烧成来填埋裂痕。
通过使荧光体沉降来形成荧光体层5时，半球结构的直径越小，越能形成膜厚均匀的荧光体层5。随着半球结构的直径增大，荧光体容易集中在半球结构的顶端部。然而，在基板20上涂布了低粘度的透明树脂时，若透明树脂与基板20的亲合性大，则在基板20上容易扩散，非常难以形成所需大小的半球结构。
作为抑制该树脂扩散的方法，可以考虑在使用热固化树脂时将基板20加热这样的方法。然而，若树脂固化过早的话，沉降引起的荧光体层5的形成就不充分，本实施形态的发光装置结构的特征就不充分。为此，作为用于获得所需大小的半球结构的方法，可举出一个方法是，将导线框22的树脂形成部的直径小型化。由此，半球结构与树脂形成部的直径相等，可抑制树脂的扩散。然而，该方法无法应用于在一般的平面基板20上制作白色LED发光装置。
另一个方法是，通过降低基板20部的表面能量来抑制透明树脂射到后的扩散。例如，对涂布透明树脂之前的基板20部的表面实施疏水处理。根据该方法，从液滴排出装置10射出的透明树脂与基板20形成大的接触角，可形成与所射到的树脂量相适应直径的半球结构。作为基板20表面的疏水处理，例如有在基板20表面涂布氟系聚合物的方法等。
实验中，经镀金被覆的导线框上的表面处理品中，对于硅酮树脂得到了接触角约为60度的半球结构。另一方面，在无处理品中，硅酮不规则地在基板20上扩散，被覆LED芯片也很困难。所使用的表面处理剂例如使用含有氟系聚合物的脱模剂，通过对基板20浸渍涂布或旋转涂布脱模剂溶液来进行表面处理。
如上说明那样，采用本实施形态，能实现发光芯片与荧光体层不接触的发光装置结构，能得到厚度均匀性高的荧光体层，其结果，能得到颜色不均少的白色LED发光装置。而且，由于利用了荧光体的沉降现象，故可利用液滴排出装置所实施的涂布工艺而形成透明树脂层和荧光体层的双层结构，与以往的制造方法相比，制造工艺简便。
(第二实施形态)
如图5至图7所示，也可改变制作工序来制造与上述相同的白色LED发光装置结构。即，最初在基板上搭载LED芯片3，然后如图5所述，利用液滴排出装置10将含金属的油墨12环状涂布在平面基板20上，形成反射层6。此时，尤其用超声波方式的液滴排出装置10，一边将高粘度的含金属的油墨朝上排出一边涂布，就可容易地得到沿基板20垂直方向具有厚度的反射层6的立体结构。
接着，如图6所示，将含荧光体的透明树脂11排除到基板20上的LED芯片上，形成圆顶。此后，在荧光体沉降后使透明树脂固化。由此能得到图7所示的白色LED发光装置结构。采用该制造方法，与第一实施形态相比，反射层6的的与透明树脂层4接触的反射面方向成为使来自LED芯片3的光进一步向荧光体层5方向反射的方向，因此也是有利于光取出的结构。
(第三实施形态)
本发明的制造方法也可应用于使用了具有反射板的封装杯的发光装置的制作。其结构如图8所示。在本实施形态中，利用形成有凹陷部31的封装杯30来代替平板基板，在凹陷部31的底部32中央设置LED芯片3。在LED芯片3的外侧形成半球状的透明树脂层4和荧光体层5，在透明树脂层4与凹陷部31的底部32的边界部附近形成环状的反射层6。
在此，在形成透明树脂层4、荧光体层5和反射层6时，与第一或第二实施形态相同，将设置了LED芯片3的封装杯30的凹陷部31朝下，将液滴从液滴排出制造10向上排出来进行。
此时，为了降低凹陷部31底部32的表面能量，也可对底部32的表面实施疏水处理。与第一或第二实施形态相同，使荧光体在半球状的透明树脂层内沉降，形成半球状的透明树脂层4和荧光体层5。利用液滴排出制造10将含金属的油墨涂布在透明树脂层的侧部，形成反射层6。
本第三实施形态中，由于利用封装杯30的凹陷部31的侧面形成反射板1，因此能得到提高向发光装置上方的光的聚光性的效果。
(第四实施形态)
如图9所示，本发明第四实施形态的发光装置包括：配置在基板20上的紫外LED芯片3；以覆盖紫外LED芯片3的状态配置的圆顶状(例如半球状)的透明树脂层4；覆盖其外侧的红色荧光体层13。本实施形态中，进一步在该红色荧光体层13的外侧依次形成有第二透明树脂层4a、绿色荧光体层14、第三透明树脂层4b和蓝色荧光体层15。
本第四实施形态是将本发明应用于专利文献3所揭示的白色LED结构的形态。即，使从紫外LED芯片3发出的紫外线依次穿过红色荧光体层13、绿色荧光体层14和蓝色荧光体层15而得到白色光。此时，假如使红、蓝、绿色荧光体混合而形成为半球状时，一般波长短侧的光容易被吸收。因此，本实施形态中，使波长更短的发光荧光体的层位于外层地进行层叠。
接着，对该第四实施形态的发光装置的制造方法进行说明。首先，将紫外LED芯片3搭载在基板20上，在使搭载有该发光芯片3的基板20朝下的状态下，利用液滴排出装置10将含有红色荧光体颗粒的透明树脂液滴朝上地排出到发光芯片3，在基板20上形成半球结构。然后，当红色荧光体层13沉降到半球结构的表面附近后，使透明树脂加热固化，形成透明树脂层4和其外侧的红色荧光体层13。固化后，重叠地同样涂布、固化含有绿色荧光体的树脂，在红色荧光体层13的外侧形成第二透明树脂层4a和其外侧的绿色荧光体层14。在其固化后，进一步在其外侧重叠形成第三透明树脂层4b和其外侧的蓝色荧光体层15。
根据该制造步骤，能形成透明树脂层4、红色荧光体层13、第二透明树脂层4a、绿色荧光体层14、第三透明树脂层4b和蓝色荧光体层15这六层的多层结构。通过该结构，可形成荧光体颜色间的光吸收已被抑制的白色LED。

Claims (11)

1.一种发光装置制造方法，其特征在于，包括：
搭载步骤，在该步骤中，将发光芯片搭载在基板上；
圆顶形成步骤，在该步骤中，利用液滴排出装置而在所述基板上形成充满所述发光芯片外侧并覆盖成圆顶状的透明树脂部以及含有荧光体并形成在所述透明树脂部的至少顶部附近外侧的荧光体层；
反射层形成步骤，在该步骤中，在所述圆顶状的透明树脂部和荧光体层的外侧，在与所述基板接触的位置附近形成反射层，
所述圆顶形成步骤包括：利用所述液滴排出装置将液滴向上排出的步骤，
所述圆顶形成步骤还包括：
将含荧光体的透明树脂液滴向上排出到所述基板上和所述发光芯片外侧的含有荧光体树脂排出步骤；
在由所述含有荧光体树脂排出步骤所排出的透明树脂固化之前，使该透明树脂中的所述荧光体沉降到所述圆顶的表面附近的沉降步骤，
所述荧光体层含有分散在透明树脂中的大量荧光体颗粒，这些荧光体颗粒的粒径分布为，越接近所述荧光体层的表面越大。
2.如权利要求1所述的发光装置制造方法，其特征在于，所述反射层形成步骤包括利用液滴排出装置使含金属的油墨的液滴排出的步骤。
3.如权利要求2所述的发光装置制造方法，其特征在于，所述反射层形成步骤包括使所述含金属的油墨的液滴向上排出的步骤。
4.如权利要求1所述的发光装置制造方法，其特征在于，所述反射层形成步骤在所述圆顶形成步骤之前实施。
5.如权利要求1所述的发光装置制造方法，其特征在于，所述反射层形成步骤在所述圆顶形成步骤之后实施。
6.如权利要求1所述的发光装置制造方法，其特征在于，所述液滴排出装置利用集束超声波产生的声压将液滴排出。
7.如权利要求1所述的发光装置制造方法，其特征在于，在所述圆顶形成步骤之前，还具有对所述基板的搭载所述芯片的面进行疏水处理的疏水处理步骤。
8.一种发光装置，其特征在于，包括：
基板；
搭载在所述基板上的发光芯片；
在所述基板上充满所述发光芯片外侧并覆盖成圆顶状的透明树脂部；
形成在所述透明树脂部的至少顶部附近外侧并含有荧光体的荧光体层；
在所述透明树脂部与所述基板接触的位置附近、并在所述透明树脂部外侧设置的反射层，
所述荧光体层含有分散在透明树脂中的大量荧光体颗粒，这些荧光体颗粒的粒径分布为，越接近所述荧光体层的表面越大。
9.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述基板的至少与所述发光芯片、透明树脂部和反射层接触的面是平坦的。
10.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述发光芯片是蓝色LED芯片，所述荧光体是黄色荧光体，所述发光装置发出白色光。
11.如权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述发光芯片是紫外LED芯片，且所述荧光体是红色荧光体，
还包括：
以覆盖所述荧光体层外侧的状态形成的第二透明树脂部；
形成在所述第二透明树脂部的至少顶部附近外侧并含有绿色荧光体的第二荧光体层；
以覆盖所述第二荧光体层外侧的状态形成的第三透明树脂部；以及
形成在所述第三透明树脂部的至少顶部附近外侧并含有蓝色荧光体的第三荧光体层，
所述发光装置发出白色光。
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