CN101449392A - 发光元件安装用基板、发光元件封装体、显示装置及照明装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在制造白色LED时，色度的偏差少，能容易地制造高质量的发光元件封装体的发光元件安装用基板、使用所述基板的发光元件封装体、使用所述封装体的显示装置和照明装置。所述发光元件安装用基板由含有荧光体的玻璃构成的荧光空心层覆盖在内核金属的表面的至少发光元件安装部分。所述发光元件封装体在所述发光元件安装用基板上安装所述发光元件，由透明的密封树脂密封所述发光元件。

Description

发光元件安装用基板、发光元件封装体、显示装置及照明装置
技术领域
本发明涉及用于安装发光二极管(以下记为LED)等发光元件的发光元件安装用基板、在所述基板上安装了发光元件并封装的发光元件封装体、使用该发光元件封装体的显示装置和照明装置。
背景技术
一般从保护发光元件免受外力损伤、控制发出的光的指向角、向发光元件的供给电力等观点出发，对发光元件进行封装(例如，参照专利文献1)。
图4是表示以往的发光元件封装构造的一个例子的图，该封装构造由封装体5、发光元件1、金属细线2和透明的密封树脂3构成，封装体5具有反射凹部和发光元件通电用的一对电极4，该反射凹部用于把从被安装的发光元件1射出的光向前方高效放射的倾斜面；发光元件1为安装在该封装体5内的LED等；金属细线2，其将固定在所述一方电极4上的所述发光元件1和另一方电极4电连接；透明的密封树脂3，为了密封发光元件与外部气体隔离而填充在封装体5的反射凹部中。
此外，在为白色LED的时候，一般采用在InGaN之类的氮化物类化合物半导体即蓝色发光元件中组合安装钇榴石荧光体之类的蓝色光激励的黄色发光荧光体的方法，在为图4所示的构造时，一般在密封树脂3中分散安装所述荧光体。
另一方面，为了提高LED等发光元件的发光强度，提高封装体的散热性是比较有效的。发光元件的每单位耗电的发光效率在当前的技术中还是比较低的，不用于发光的电力被变换为热，使发光元件自身发热。发光元件是半导体的一种，随着温度上升，发光的效率下降。因此，通过提高安装该发光元件的基板等封装体的散热性，能对发光元件施加更大的电流，其结果，能提高每一个发光元件的发光强度。作为散热性高的基板，可例举氮化铝基板、在中心部使用金属的金属基板等。
专利文献1：日本特开昭62-224986号公报
专利文献2：日本专利第3511987号公报
发明内容
对于在蓝色发光元件中组合蓝光激励的黄色发光荧光体的方式的白色LED，如上所述，在密封树脂添加荧光体的以往的构造的情况下，安装的荧光体的添加量不一定的时候，或者即使相对树脂的添加量一定，包含荧光体的树脂的安装的量存在偏差，因而从发光元件发出的蓝色光和荧光体发出黄色光的平衡被破坏，其结果导致色度不稳定。进一步荧光体在树脂中沉降，有时发生发光颜色的偏差。这样，由于色度偏差，在批量生产时，把从目标规格脱离的产品作为不良产品，或者需要按照每个色度区分地销售的对策，存在引起制造步骤的增加的问题，以及难以批量生产所希望的色度范围的白色LED的问题。
另一方面，对荧光体向树脂的混合方法进行了研究，提出一些方法(例如参照专利文献2)。在该专利文献2中记载为了抑制色度的偏差，通过辊轧机等装置，在树脂中充分地混合荧光体，据此，使树脂中的荧光体的分散状体变得稳定，其结果能大幅度降低色度的偏差。虽然说明用该方法能谋求色度偏差的减少，可是，在以往方式中，搅拌所需的时间长，延长了制造时间，所以作为制品的制造，有必要增大加工费用，有必要购买用于搅拌混合荧光体的树脂的装置。
本发明是鉴于所述事情而提出的，其目的在于，提供一种在制造白色LED时，色度的偏差少，能容易地制造高质量的发光元件封装体的发光元件安装用基板、在所述基板上安装发光元件并且封装的发光元件封装体、使用该发光元件封装体的显示装置和照明装置。
为了实现所述的目的，本发明提供在内核金属的表面的至少发光元件安装部分由含有荧光体的玻璃构成的荧光空心层覆盖的发光元件安装用基板。
在本发明的发光元件安装用基板中，优选设置反射凹部，其具有反射从安装的发光元件发出的光的倾斜面。
在本发明的发光元件安装用基板中，优选在所述荧光空心层上设置延伸到发光元件安装位置的发光元件通电用的电极。
在本发明的发光元件安装用基板中，优选所述荧光空心层包含蓝光激励的黄色发光荧光体。
在本发明的发光元件安装用基板中，优选所述荧光空心层含有15质量％～65质量％的铈催化的钇铝石榴石荧光体。
此外，本发明提供在所述本发明的发光元件安装用基板上安装发光元件，并由透明的树脂密封所述发光元件的发光元件封装体。
在本发明的发光元件封装体中，优选发光元件是蓝色发光二极管，所述荧光空心层含有蓝光激励的黄色发光荧光体，发出白色光。
在本发明的发光元件封装体中，优选在所述发光元件安装用基板上安装多个发光元件。
发明效果
本发明的发光元件安装用基板是在内核金属的表面的至少发光元件安装部分由含有荧光体的玻璃构成的荧光空心层覆盖，所以在该发光元件安装用基板上安装LED等发光元件而发光，从发光元件发出的光的一部分直接对外部照射，剩下的光照射到荧光空心基板，通过该荧光照射外部，从而能简单地构成取得将从发光元件发出的光和所述荧光混和后的光的发光元件封装体。特别是适合于组合蓝色LED和蓝光激励的黄色发光荧光体，制造白色LED封装体的情形。
在该白色LED封装体的制作中，以往由于在密封树脂中混合安装荧光体，所以由于安装偏差等在制作的封装体中容易发生色度偏差，但是在本发明中，变为在基板表面设置含有荧光体的荧光空心层的结构，所以荧光体的分散在一个荧光体的批次之间不会偏差，与以往相比，能大幅度降低色度的偏差。
此外，基板中使用的内核金属与陶瓷等相比，机械加工容易，能容易制造可安装多个发光元件之类的基板构造的基板。
此外，通过设置用于安装发光元件的反射凹部，作为安装发光元件的基板的构造，没有必要在基板上重叠地构成反射杯的基体材料，所以基板构造简单，能抑制与组装有关的成本，并且能防止从基板和构成反射杯的基体材料的间隙产生的气泡向密封树脂混入。
附图说明
图1是表示本发明的发光元件安装用基板和发光元件封装体的一实施方式的剖视图。
图2是表示本发明的发光元件安装用基板和发光元件封装体的另一实施方式的剖视图。
图3是表示在实施例5中制作的白色LED封装体的波长频谱的曲线图。
图4是表示以往的发光元件封装构造的一个例子的剖视图。
图中符号的说明：
10、20—发光元件封装体；11、21—发光元件安装用基板；12、22—内核金属；13、23—荧光空心层、14、24—电极；15、25—发光元件；16、26—金属细线；17、27—反射凹部；18、28—密封树脂。
具体实施方式
图1是表示本发明的发光元件安装用基板和使用其的发光元件封装体的一实施方式的剖视图，图1中，符号10是发光元件封装体，11是发光元件安装用基板，12是内核金属，13是荧光空心层，14是电极，15是发光元件，16是金属细线，17是反射凹部，18是在反射凹部17中填充的透明的密封树脂。
本实施方式的发光元件安装用基板11包括内核金属12、荧光空心层13、和发光元件通电用的电极14。其中，内核金属12具有成为反射凹部17的倾斜壁面的研钵状的凹部；荧光空心层13覆盖所述内核金属12的表面；发光元件通电用的电极14延伸到在发光元件上设置的所述荧光空心层13的安装位置。此外，本实施方式的发光元件封装体10成为在所述发光元件安装用基板11上安装发光元件15，所述发光元件15由透明的密封树脂18密封的结构。
覆盖内核金属12的荧光空心层13，在接收到从发光元件15发出的光进行反射时，具有激励所含有的荧光体发出波长变换后的荧光的功能。构成该荧光空心层13的含有荧光体玻璃为将微细的荧光体粉末通过玻璃质(空心)撞击内核金属12表面的构造，荧光体粉末由于至少一部分固溶在玻璃质中，或者也可以不固溶在玻璃质中以包围玻璃质的状态下存在。
按照对该发光元件封装体10要求的发光颜色，在该荧光空心层13中含有的荧光体能从以往众所周知的各种荧光体中进行选择，混合1种或2种以上来使用。在本发明的最佳的实施方式中，在构成白色LED封装体时，作为发光元件15使用蓝色LED，作为荧光体使用蓝光激励的黄色发光荧光体。作为该黄色发光荧光体，例如例举铈催化后的钇铝石榴石荧光体(以下，记载为YAG:Ce)。
在本发明优选的实施方式中，作为荧光体，使用所述YAG:Ce时，相对于荧光空心层13的原料(固体原料)全部，配有15质量％～65质量％的所述YAG:Ce，优选25质量％～60质量％，更优选35质量％～60质量％，最优选45质量％～60质量％。如果YAG:Ce低于15质量％，就难以改变蓝色LED的色度。如果YAG:Ce超过65质量％，荧光空心层13就变脆，在烧结后有可能产生裂缝。
内核金属12的材料没有特别限定，但是优选能牢固烧结荧光空心层13，并且廉价、加工容易的金属材料，例如例举低碳钢、不锈钢等。此外，为了提高构成荧光空心层13的含有荧光体的玻璃的粘接性，也可以对金属表面进行氧化处理。内核金属12的形状也没有特别限定，例如可以是圆板状、方板状等各种形状的金属板或具有凹凸的形状。在内核金属12中形成成为反射凹部17的凹部的方法没有限定，可以使用通过钻等的切削加工法、通过研磨材料的研磨加工等而形成。
如果说明用荧光空心层13覆盖内核金属12的表面的空心基板的制作方法的一个例子，则首先在低碳钢等的内核金属12上，通过钻等的切削加工或冲压加工等，制作具有成为反射凹部17的倾斜面的研钵状的凹部。另一方面，在适当的分散剂中混合玻璃粉末和荧光体粉末，制作荧光空心层形成用的分散液。接着，在所述内核金属12的表面涂覆该分散液，在高温下烧结，制作由含有荧光体的玻璃构成的荧光空心层13。在内核金属12所形成的凹部中层叠荧光空心层13，形成反射凹部17，其平滑并且具有含有荧光体的倾斜面。
用钻加工等机械地切削，制作具有倾斜面的反射凹部17时，如上所述，可以说难以保证表面的平滑度，但是象低碳钢那样的金属加工容易，即使无法确保表面的平滑度，通过层叠荧光空心层13，具有凹凸的部分凹凸被修正，烧结后取得的荧光空心层13表面的平滑度一般较高。因此，反射凹部17的倾斜面的平滑度也被提高，能容易取得光反射率高的反射凹部17。
本发明中使用的发光元件15没有特别限定，但是适合使用LED、激光二极管(LD)等半导体发光元件、有机EL元件等。如上所述，在构成白色LED封装体的本发明优选的实施方式中，使用由氮化物类化合物半导体构成的蓝色LED。
对发光元件15供给电力的电极14和金属细线16例如可以由以下的(1)～(3)的方法形成。
(1)在反射凹部17内用厚膜银膏层制作电路，在通过间隔相对置的一方电极14上安装发光元件15，在另一方电极14上焊接金引线等金属细线16。
(2)用金属箔等准备电极14，把它粘接到荧光空心层13上，把发光元件15与所述(1)同样安装，并且电连接。
(3)用金引线等金属细线16，焊接在反射凹部17外所准备的电极和在反射凹部17内的荧光空心层13上安装的发光元件15从而电连接。
在本实施方式的发光元件封装体10中，在反射凹部17表面形成荧光空心层13的关系上，优选所述电极14在尺寸上较细。用银形成该电极14时，从蓝色LED等的发光元件15所发出的光虽然由该电极14强烈地反射，但是该电极14不含有荧光体，所以外观上电极14的部分只发出蓝色光，扩大电极14的横向宽度时，无法取得漂亮地混色的白色。因此，电极14的横向宽度是0.8mm以下，更优选0.5mm以下。
在反射凹部17内安装发光元件15后，在反射凹部17填充透明的密封树脂18，密封发光元件15使其与外部气体隔离。作为该密封树脂18，例如使用热硬化型环氧树脂。
在本实施方式的发光元件安装用基板11中，由含有荧光体的玻璃构成的荧光空心层13覆盖内核金属12的表面的至少发光元件安装部分，所以通过在该发光元件安装用基板11安装发光元件15并使其发光，从发光元件15发出的光的一部分直接对外部照射，剩下的光照射荧光空心基板13，通过该荧光照射外部，从而能简单构成将从发光元件15发出的光和所述荧光混合而得到的光的发光元件封装体10。特别是适合于组合蓝色LED和蓝光激励的黄色发光荧光体来制造白色LED封装体的情形。
在该白色LED封装体的制作中，以往在密封树脂中混合安装荧光体，所以由于安装偏差等，在制作的封装体中容易发生色度偏差，但是在本实施方式中，变为在基板表面设置含有荧光体的荧光空心层13的结构，所以荧光体的分散在一个荧光体的批次之间不会偏差，与以往相比，能大幅度降低白色LED封装体的色度的偏差。
此外，基板中使用的内核金属12与陶瓷等相比，机械加工容易，能够容易地制造可安装多个发光元件15的基板构造的基板。
此外，通过设置用于安装发光元件15的反射凹部17，作为安装发光元件15的基板的构造，没必要在基板上重叠构成反射杯的基体材料，所以基板构造简单，能抑制与组装有关的成本，并且能防止气泡向密封树脂的混入。
另外，在所述的构造中，也可以在发光面侧，通过树脂等形成光学的透镜体，进行指向角的控制等。此外，在为所述(3)的构造时，如果按照模制金属细线16的方式配置树脂，从可靠性的观点出发可以称为优选的构造。
图2是表示本发明的发光元件安装用基板和使用它的发光元件封装体的另一实施方式的剖视图，图2中，符号20是发光元件封装体，21是发光元件安装用基板，22是内核金属，23是荧光空心层，24是电极，25是发光元件，26是金属细线，27是反射凹部，28是透明的密封树脂。
在本实施方式中，例示了在一个基板上可安装多个发光元件25的发光元件安装用基板21和在该发光元件安装用基板21上安装多个发光元件25并且分别通过密封树脂28密封的发光元件封装体20。在本实施方式中，内核金属22、荧光空心层23、电极24、发光元件25、金属细线26、反射凹部27、密封树脂28的各构成要素虽然形状或发光元件安装个数不同，但是能使用与所述图1所示的内核金属12、荧光空心层13、电极14、发光元件15、金属细线16、反射凹部17、密封树脂18同样的部件。
实施例
作为内核金属，使用长度5mm、宽度5mm、厚度1mm的低碳钢板。为了形成研钵状的反射凹部，通过钻，形成凹部。凹部底面的尺寸在反射凹部底面，直径为1mm，深度为0.5mm，形成45°的角度的倾斜。
作为荧光空心层的原料，使用玻璃粉末、用铈催化的钇铝石榴石荧光体。充分混合这2个粉末，使其在由2-丙醇和水构成的分散剂中分散。涂覆在所述内核金属的表面。然后，在大气中850℃下烧结，形成由含有荧光体的玻璃构成的荧光空心层。制作荧光空心层的厚度为100μm的试样。通过把铜膏涂敷为预定的电极图案，烧成而制作电极。其尺寸制作为厚度0.1mm、横向宽度0.5mm。
下面表示LED的安装。把荧光空心层原料中的荧光体的量作为变量，制作表1所示的实施例1～6和比较例的发光元件安装用基板，在各个发光元件安装用基板上发光元件安装蓝色LED，制作白色LED封装体。
最初，在一方电极上安装由氮化物类化合物半导体构成的蓝色LED。蓝色LED选择使用发光波长其峰值波长为450nm的LED。使用引线焊接装置焊接蓝色LED和另一方电极。进而，在安装发光元件的反射凹部内填充透光性的环氧树脂，加热硬化制作出样品，进行评价。
在表1中表示实施例1～6和比较例1的各白色LED封装体的色度、基板外观和导热率的测量结果。测量由试样数10个的平均值表示(表1)。此外，在表2中，关于实施例1～6的各白色LED封装体的色度的偏差，表示其实验值。
在表1中，表示玻璃粉末添加量和荧光体粉末添加量的数值是质量％。此外，色度、基板外观和导热率按如下测量。
<色度>
使用色度计(横河電機社製，マルチメデイアでイスプレイテスタ(多媒体显示测试器3298F))进行测量。
<基板外观>
目视确认实施例1～6和比较例1的各个发光元件安装用基板，调查裂缝等异常的有无。外观上没有异常的试样为良好，以目视能够确认的裂缝评价为部分裂缝。
<导热率>
以实施例1～6和比较例1的各发光元件安装用基板的玻璃的组成分别制作玻璃的薄片，用激光闪光法测量(单位：W/mK)。测量使用美路巴固(Melback)理工公司制造的激光闪光法热常数测量装置(TC-7000)，制作空心玻璃材料的尺寸为φ10×1mm厚的试样，在真空中测量。试验方法依据JIS R1611-1991，进行。
[表1]
 
玻璃粉末添加量 荧光体粉末添加量 色度(x，y) 基板外观 导热率(W/mK)
实施例1 85 15 (0.20，0.14) 良好 0.40
实施例2 75 25 (0.24，0.21) 良好 0.40
实施例3 65 35 (0.26，0.27) 良好 0.39
实施例4 55 45 (0.32，0.32) 良好 0.42
实施例5 45 55 (0.34，0.36) 良好 0.37
实施例6 40 60 (0.35，0.37) 良好 0.39
比较例1 30 70 不测量 一部分裂缝 0.38
                                                  实
[表2]
 
玻璃粉末添加量 荧光体粉末添加量 色度(x，y)
实施例1 85 15 (0.20，0.14)、(0.20，0.14)、(0.21，0.15)、(0.21，0.14)、(0.20，0.14)、(0.20，0.14)、(0.19，0.14)、(0.20，0.14)、(0.21，0.13)、(0.20，0.14)
实施例2 75 25 (0.24，0.21)、(0.23，0.21)、(0.24，0.21)、(0.24，0.21)、(0.24，0.20)、(0.24，0.21)、(0.24，0.21)、(0.24，0.21)、(0.24，0.20)、(0.24，0.21)
实施例3 65 35 (0.26，0.28)、(0.26，0.27)、(0.26，0.27)、(0.26，0.27)、(0.26，0.27)、(0.26，0.27)、(0.26，0.26)、(0.26，0.27)、(0.25，0.26)、(0.26，0.27)
实施例4 55 45 (0.32，0.32)、(0.32，0.32)、(0.32，0.32)、(0.32，0.32)、(0.31，0.31)、(0.32，0.32)、(0.31，0.31)、(0.32，0.32)、(0.32，0.32)、(0.32，0.32)
实施例5 45 55 (0.35，0.36)、(0.34，0.36)、(0.34，0.36)、(0.34，0.36)、(0.34，0.36)、(0.34，0.36)、(0.34，0.37)、(0.34，0.36)、(0.34，0.35)、(0.34，0.36)
实施例6 40 60 (0.35，0.37)、(0.35，0.37)、(0.35，0.37)、(0.35，0.37)、(0.35，0.37)、(0.35，0.37)、(0.35，0.37)、(0.35，0.38)、(0.35，0.37)、(0.35，0.37)
从以上的试验结果可知，如果添加15质量％以上的荧光体粉末，形成荧光空心层，就知道LED的色度变化。此外，知道实施例4～6的范围中的表示由CIE(Comission International de l’Eclairage)规定的白天白色的发光色。此外，确认荧光体的添加对基板的散热性几乎不产生影响。
工业上的可利用性
根据本发明，提供一种在制造白色LED时，色度的偏差少，能容易制造高质量的发光元件封装体的发光元件安装用基板、在所述基板安装发光元件并且封装的发光元件封装体、使用该发光元件封装体的显示装置和照明装置。

Claims (10)

1.一种发光元件安装用基板，其中，在内核金属的表面的至少发光元件安装部分由含有荧光体玻璃构成的荧光空心层覆盖。
2.根据权利要求1所述的发光元件安装用基板，其特征在于，
设置有反射凹部，该反射凹部具有反射从安装的发光元件发出的光的倾斜面。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件安装用基板，其特征在于，
在所述荧光空心层上设置延伸到发光元件安装位置的发光元件通电用的电极。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的发光元件安装用基板，其特征在于，
所述荧光空心层包含蓝光激励的黄色发光荧光体。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的发光元件安装用基板，其特征在于，
所述荧光空心层含有15质量％～65质量％的铈催化的钇铝石榴石荧光体。
6.一种发光元件封装体，其中，在权利要求1～5中任意一项所述的发光元件安装用基板上安装发光元件，由透明的树脂密封所述发光元件。
7.根据权利要求6所述的发光元件封装体，其特征在于，
发光元件是蓝色发光二极管，所述含有荧光体玻璃含有蓝光激励的黄色发光荧光体，发出白色光。
8.根据权利要求6或7所述的发光元件封装体，其特征在于，
在所述发光元件安装用基板安装多个发光元件。
9.一种显示装置，具有权利要求6～8中任意一项所述的发光元件封装体。
10.一种照明装置，具有权利要求6～8中任意一项所述的发光元件封装体。
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