CN101471417A

CN101471417A - 制造包含荧光体的玻璃板的方法以及制造发光器件的方法

Info

Publication number: CN101471417A
Application number: CN 200810188810
Authority: CN
Inventors: 山口诚治; 野野川贵志; 末广好伸; 渡部洋己; 相田和哉
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Sumita Optical Glass Inc
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd; Sumita Optical Glass Inc
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2009177131A; CN101471417B; JP5371359B2

Abstract

本发明涉及制造包含荧光体的玻璃板的方法以及制造发光器件的方法，制造发光器件的方法包括：将玻璃粉末与包含选自硫化物荧光体、铝酸盐荧光体和硅酸盐荧光体中至少一种的荧光体粉末相混合，从而制备荧光体粉末分散在玻璃粉末中的混合粉末；加热并软化该混合粉末以提供一体化材料；固化该一体化材料以提供分散有荧光体的玻璃；将分散有荧光体的玻璃熔接到其上通过热压安装有发光元件的安装部上，同时利用分散有荧光体的玻璃将发光元件密封在安装部上。

Description

制造包含荧光体的玻璃板的方法以及制造发光器件的方法

相关申请

本申请分别要求在2007年12月27日和2008年9月30日提交的日本专利申请2007-336663和2008-253608的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及制造包含荧光体的玻璃板的方法以及利用所述包含荧光体的玻璃板制造发光器件的方法。

背景技术

近年来，发射白色光的白色LED(发光二极管)灯在实用中被用作发光系统、LCD(液晶显示器)背光等。

通常，白色LED灯由发射蓝光的蓝色LED芯片和密封所述LED芯片的透明树脂组成，该蓝色LED芯片由III族氮化物基化合物半导体制成，该透明树脂由环氧系、硅氧烷系等制成并且含有黄色荧光体粉末，该黄色荧光体粉末通过被所述LED芯片发射的光激发而发射黄色波长转换光。

为了具有比上述白色LED灯更高的显色性，已经提出利用含有绿色和红色荧光体粉末以及黄色荧光体粉末的透明树脂来密封LED芯片的白色LED灯。

例如，本发明的相关技术如下：

JP-A-2006-253336

JP-A-2002-203989

JP-A-2003-258308

但是，由于常规的白色LED灯利用透明树脂作为密封材料，因此靠近LED芯片的透明树脂可能由于来自LED芯片的光或热等而黄化，使得光提取效率随时间而劣化。特别地，在发射高能的蓝光等的短波长LED芯片的情况下明显导致透明树脂的黄化。

此外，由于透明树脂具有气体可透过性，因此包含在透明树脂中的荧光体粉末会与空气中的气体(特别是湿气)反应，使得荧光体性能经常会随时间而劣化。硫化物荧光体、铝酸盐荧光体和硅酸盐荧光体易于水解并且耐湿性低，导致明显的性能劣化。因此，虽然这些荧光体可用作高激发效率的绿色或红色荧光体，但是难以维持它们的性能。

如上所述，通过透明树脂来密封不足以满足LED灯所需的耐热性、耐光性以及不透气性。

为了解决由于透明树脂所导致的问题，已经提出了玻璃密封的LED灯，其中利用玻璃来密封LED芯片以满足透明树脂所不能提供的耐热性、耐光性和不透气性(例如，参见JP-A-2006-253336和JP-A-2002-203989)。

为了使利用玻璃密封的LED灯产生白光，通常可能设想如在透明树脂中那样将荧光体粉末与玻璃混合的方法。在这种情况下，理想的是荧光体均匀分散以防止LED灯的发光颜色不均匀。但是由于玻璃甚至在其开始软化的温度(即屈服点(At))下也具有高粘度，因此的确很难在其中均匀分散荧光体。为了具有低粘度以将荧光体均匀地分散在玻璃中，必须将其加热到约1000℃。但是，在这种高温下，荧光体会与玻璃反应，使得荧光体失去荧光特性。

提出了一种将荧光体均匀地分散在玻璃中的方法，其中将玻璃粉末与无机荧光体粉末混合到树脂粘合剂中，通过加压成型制造具有所需形状的预备成型体，烘烤该预备成型体以除去树脂粘合剂，从而形成含荧光体的玻璃(参见JP-A-2003-258308)。但是，在这种方法中，玻璃特性例如强度和透明度可能由于树脂粘合剂残余物而劣化。此外，由于在烘烤过程中残余物的蒸发，可能在玻璃中产生气泡，从而使得气体可渗透。因此，耐湿性低的荧光体将发生荧光特性的劣化。

可以设想另一种产生白光的方法，其中将荧光体粉末混合在可在相对低温下形成的溶胶凝胶玻璃前体(例如溶剂：醇和溶质：金属醇盐的溶液)中。但是，由于溶胶凝胶玻璃是多孔体，因此具有可透气性，因此耐湿性低的荧光体将发生荧光特性的劣化。此外，由于溶胶凝胶玻璃在玻璃化之前和之后的体积变化大，因此在形成厚膜时可能导致破裂。因此，难以将其用作需要相对厚地形成的密封材料。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种制造发光器件的方法，该器件具有优异的耐热性、耐光性和不透气性，同时防止耐湿性低的荧光体劣化。

(1)根据本发明的一个实施方案，一种制造发光器件的方法，包括：

将玻璃粉末与包含选自硫化物荧光体、铝酸盐荧光体和硅酸盐荧光体中至少一种的荧光体粉末相混合，从而制备所述荧光体粉末分散在所述玻璃粉末中的混合粉末；

加热并软化所述混合粉末以提供一体化材料(integrated material)，随后固化所述一体化材料以提供分散有荧光体的玻璃；和

将所述分散有荧光体的玻璃熔接到其上通过热压安装有发光元件的安装部上，同时利用所述分散有荧光体的玻璃将所述发光元件密封在所述安装部上。

在由上述方法制造的发光器件中，具有低耐湿性的硫化物荧光体、铝酸盐荧光体和硅酸盐荧光体包含在不透气的玻璃中。因此，可以防止荧光体特性的劣化。这些荧光体的耐热性足以耐受通过加热和软化使玻璃粉末一体化时的温度，使得在加热和软化的过程中不导致荧光体性能劣化。此外，由于利用其中均匀分散有荧光体的玻璃来密封发光元件，因此不可能发生发光元件所发射的光与荧光体所发射的波长转换光的混合光在发光颜色上的不均匀性。

(2)根据本发明的另一个实施方案，一种制造含有荧光体的玻璃板的方法，包括：

加热并软化所述混合粉末以提供一体化材料，随后固化所述一体化材料以提供分散有荧光体的玻璃；和

将所述分散有荧光体的玻璃加工成板。

通过上述方法，可以获得含有荧光体的玻璃板，其中荧光体均匀分散而没有损失其荧光特性。

在上述实施方案(1)或(2)中，可以进行如下的修改、变化及其组合。

(i)在对所述混合粉末施加压力的同时，加热所述混合粉末以提供所述一体化材料。

(ii)所述发光元件包括多个发光元件，并且所述方法还包括将利用所述分散有荧光体的玻璃密封在所述安装部上的所述多个发光元件分割成多个发光器件。

(iii)所述方法还包括在密封所述发光元件或分割所述多个发光元件之后，在所述分散有荧光体的玻璃的表面上形成荧光体层，所述荧光体层包含不同于所述荧光体粉末的荧光体。

(iv)所述方法还包括将所述分散有荧光体的玻璃加工成板，其中将所述分散有荧光体的玻璃的板熔接到所述安装部上。

附图说明

下面将参考附图说明根据本发明的优选实施方案，其中：

图1A是表示根据本发明一个优选实施方案的LED灯的截面图；

图1B是表示图1A中A部(玻璃密封部)的放大截面图；

图1C是表示图1A中B部(布线衬底)的放大截面图；

图2是表示在所述实施方案中使用的LED芯片的截面图；

图3A和3B是表示LED芯片的电极形成表面的俯视图；

图4A和4B表示在所述实施方案中使用的布线衬底上布线形成状态的俯视图；

图5是表示制造所述实施方案中的LED灯的方法的流程图；

图6A是表示用于由混合粉末制备分散有荧光体的玻璃的加工设备的截面图；

图6B是表示由混合粉末制备的分散有荧光体的玻璃的侧视图；

图6C是表示通过切割图6B中的分散有荧光体的玻璃而获得的板的侧视图；

图7是说明在所述实施方案中的热压加工的截面图；

图8是表示在所述实施方案中作为改进方案的LED灯的截面图；

图9是说明检测所述实施方案的效果的实验方法的示意图；和

图10A到10D是表示所述实施方案的玻璃密封LED灯以及常规树脂密封LED灯的高温和高湿度试验的测量结果图，其中图10A涉及本发明的含绿色荧光体的LED灯，图10B涉及本发明的含红色荧光体的LED灯，图10C涉及常规的含绿色荧光体的LED灯，图10D涉及常规的含红色荧光体的LED灯。

具体实施方式

图1A～7表示本发明的优选实施方案。图1A～1C是表示本发明实施方案的LED灯的截面图。图2是表示用于本发明实施方案中的LED芯片的截面图。

如图1A所示，LED灯(发光器件)1由倒装型LED芯片(发光元件)2、用于在其上安装LED芯片2的布线衬底3、在布线衬底3上或其中形成的布线(wiring)4以及密封LED芯片2的玻璃密封部6组成，玻璃密封部6粘附于布线衬底3并且其中含有荧光体7。

如图2所示，LED芯片2由在晶体生长衬底20的表面上依次生长的缓冲层21、n型层22、发光层23和p型层24组成，它们是基于氮化镓的半导体(Al_1-XIn_XGa_YN，0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤X+Y≤1)并且通过MOVPE(金属有机气相外延)形成。LED芯片2在700℃或更高温度下外延生长，并且具有600℃或更高的耐热温度以及对应于在使用低熔点玻璃的密封加工过程中加工温度的500℃或更高的耐热性。

LED芯片2的电极包括在p型层24的几乎整个表面上形成的p-侧电极25、在p侧电极25的一部分上形成的p侧垫电极26、以及在作为通过在LED芯片2的预定区域中部分干蚀刻p型层24至n型层22而暴露的底部的n型层22上形成的n侧电极27。在p侧垫电极26和n侧电极27上各自形成Au凸块28。

晶体生长衬底20由蓝宝石(Al₂O₃)、尖晶石(MgAl₂O₄)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化镓(Ga₂O₃)等形成。

p侧电极25由热膨胀系数等于p型层24的ITO(氧化铟锡)制成。ITO的热膨胀系数等于氮化镓半导体的热膨胀系数(5×10^-6/℃)，因此可以防止由于热膨胀系数不同于LED芯片2而导致从LED芯片2的剥离。在LED芯片2与布线衬底3之间形成没有填充玻璃的中空部分5(折射率：约1.0)。因此，即使使用ITO(折射率：约2.0)作为透明导电材料，与接触ITO的中空部分5的折射率差异也大，从而具有临界角。因此，由发光层23发射的光在中空部分5和ITO的界面被反射向晶体生长衬底20。

n侧电极27由钒(V)/铝(Al)/金(Au)形成。n侧电极27可以布置在LED芯片2的拐角处，如图3A和4A所示，或者布置在侧边的中部，如图3B和4B所示。

LED芯片2的热膨胀系数(α)等于占据大部分器件厚度的晶体生长衬底的热膨胀系数(α)。例如，当使用蓝宝石衬底作为晶体生长衬底时，即使LED芯片2的GaN层具有5×10^-6/℃的热膨胀系数，整个LED芯片2的热膨胀系数也变得等于蓝宝石衬底的热膨胀系数7×10^-6/℃。

布线衬底3由陶瓷例如氧化铝(Al₂O₃)制成并且形成为0.25mm厚和1平方毫米。氧化铝的热膨胀系数(α)为7×10^-6/℃，与LED芯片2的热膨胀系数(α)相同。

如图1A和1C所示，布线衬底3的布线4由形成在所述衬底表面上并且电连接LED芯片2的表面布线41和形成在所述衬底背面上并且准备连接外部端子的背面布线42所组成。表面布线41和背面布线42均由钨(W)/镍(Ni)/金(Au)形成并根据LED芯片2的电极形状来图案化。表面布线41和背面布线42通过在厚度方向上穿透布线衬底3的W通孔43而电连接。通孔43对角地(俯视图)布置在布线衬底3上。

如图1B所示，玻璃密封部6由基于ZnO-B₂O₃-SiO₂-Nb₂O₅-Na₂O-Li₂O低熔点玻璃(下文中称为低熔点玻璃A)形成，并且由绿色荧光体7g、黄色荧光体7y和红色荧光体7r组成的荧光体7均匀地分散在其中。虽然图1B示出了图1A中A部的放大截面图，但是荧光体7均匀地分散在玻璃密封部6的所有区域中。绿色荧光体7g和红色荧光体7r由硫化物荧光体、铝酸盐荧光体或硅酸盐荧光体形成。黄色荧光体7r由例如基于YAG(钇铝石榴石Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺)的荧光体形成。

硫化物荧光体是在荧光体基体中含有硫的荧光体。例如可以包括下列荧光体：

(AE)Ga₂S₄:Eu²⁺ 绿色荧光体

(AE)S:Eu²⁺ 红色荧光体

其中AE表示Ca和Sr中的至少一种。

铝酸盐荧光体是含有Al₂O₃作为荧光体基体的荧光体。例如可以包括下列荧光体：

(AE)M₂O₄:Eu²⁺ 绿色荧光体

其中AE表示Ca、Sr和Ba中的至少一种，M表示B、Al和Ga中的至少一种。

硅酸盐荧光体是含有SiO₂作为荧光体基体的荧光体。例如可以包括下列荧光体：

(AE)₃MO₅:Eu²⁺ 橙色荧光体

其中AE表示Ca、Sr和Ba中的至少一种，M表示Si和Ge中的至少一种。

如图1A所示，在布线衬底3上形成长方形实心体并且厚0.5mm的玻璃密封部6。玻璃密封部6的侧面6a通过利用切片机切割板状玻璃而形成，同时所述通过热压将布线衬底3与其接合。玻璃密封部6的顶表面6b对应于通过热压与布线衬底3接合的板状玻璃的一个表面。

低熔点玻璃具有490℃的玻璃化转变温度(Tg)和520℃的屈服点(At)，其中玻璃化转变温度(Tg)充分地低于形成LED芯片2的外延层的温度。在该实施方案中，玻璃化转变温度(Tg)比外延层的形成温度低200℃或更多。低熔点玻璃在100～300℃下具有6×10^-6/℃的热膨胀系数(α)。当温度超过玻璃化转变温度(Tg)时，热膨胀系数(α)变得比这大。因此，可以在约600℃下通过热压将低熔点玻璃接合至布线衬底3。玻璃密封部6的低熔点玻璃具有1.7的折射率。

低熔点玻璃的组成是任意的，只要玻璃化转变温度(Tg)低于LED芯片2的耐热温度并且热膨胀系数(α)与布线衬底3相同即可。具有相对低的玻璃化转变温度(Tg)和相对小的热膨胀系数(α)的玻璃材料包括ZnO-SiO₂-R₂O基玻璃(其中R表示Li、Na、K等碱金属元素中的至少一种)、磷酸盐基玻璃和铅玻璃。在这些玻璃中，优选ZnO-SiO₂-R₂O基玻璃，因为其耐湿性优于磷酸盐基玻璃并且相比于铅玻璃而言没有环境负担。

低熔点玻璃通常在明显高于树脂中高粘度水平的粘度下进行加工。此外，即使在温度从屈服点升高几十度时，玻璃的粘度也不低于树脂密封的一般粘度水平。如果降低到树脂密封的一般粘度水平，则温度需要升高至超过LED芯片的晶体生长温度，或者可将玻璃粘附于模具，由此密封或模制加工变得难以进行。因此，优选在10⁴泊或更高粘度下加工玻璃。

玻璃的屈服点和热膨胀系数彼此相关，这是因为玻璃接合力的因素起作用。通常，屈服点越低，热膨胀系数就越大。因此，低熔点玻璃具有大的热膨胀系数。为了使玻璃的热膨胀系数(α)等于陶瓷衬底的热膨胀系数(α＝5ppm/℃～10ppm/℃)，屈服点需要为450℃或更高。为了具有可以将玻璃均匀分散的粘度，温度需要为1000℃或更高，此时荧光体损失其荧光特性。另外，由于玻璃在高温下即在非玻璃态但可能处于固态(晶态)时的温度下粘度降低，因此可能通过结晶使其浊化。在本发明中，玻璃和荧光体是粉末状，并且玻璃在高粘度和离屈服点200℃范围内的温度下均匀分散并同时软化。因此，荧光体没有损失其荧光特性并且玻璃没有由于结晶而浊化。

荧光体由黄色荧光体7y、红色荧光体7r和绿色荧光体7g形成。在该实施方案中，YAG基荧光体用作黄色荧光体7y，硫化物荧光体、铝酸盐荧光体或硅酸盐荧光体用作红色荧光体7r和绿色荧光体7g。作为替代方案，可以仅使用红色荧光体7r和绿色荧光体7g中的一种。

下面将参考图5的流程图来说明制造LED灯1的方法。

首先，将低熔点玻璃A粉碎并利用筛网进行分级，从而制备最小粒径为20μm、最大粒径为60μm并且平均粒径为30μm的玻璃粉末。以下描述玻璃粉末的生成方法。以预定比率将玻璃粉末与平均粒径为10μm的荧光体粉末7r、7y和7g混合。由此生成混合粉末10，其中荧光体粉末7r、7y和7g均匀地分散在玻璃粉末中。在此阶段，可以以预定比率加入平均粒径为20μm的光散射粉末，使其均匀地分散在玻璃粉末以及荧光体粉末7r、7y和7g中。光散射粉末材料可以是氧化锆(ZrO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)等。通过加入光散射粉末，可以增强LED灯1的玻璃密封部6内部的光散射性能，使得可以改善由LED芯片2发射的光和来自荧光体7的光的混合，从而进一步防止LED灯1发光颜色的不均匀。

图6A～6C说明分散有荧光体的玻璃的生产工艺和状态。图6A是表示用于由混合粉末来生产分散有荧光体的玻璃的加工设备截面图。图6B是表示由混合粉末制备的分散有荧光体的玻璃的侧视图。图6C是表示通过切割图6B中的分散有荧光体的玻璃所得到而具有均匀厚度的板的侧视图。

首先，使通过混合玻璃粉末和荧光体粉末制备的混合粉末10熔融，同时对其施加负载。使混合粉末10固化以制备分散有荧光体的玻璃11。

例如，如图6A所示，在基底80的平坦顶表面上，围绕基底80的预定区域布置管状侧架(sideframe)81，以便形成开口向上的凹部82。凹部82在垂直方向上具有相同的截面，使得根据凹部82的截面形状成型的负载夹具(load jig)83的下部可以在凹部82中垂直移动。在将混合粉末10置于凹部82中之后，将用于在凹部82内部施压的负荷夹具83置于凹部82中。然后将气氛压力降低到7.6托并加热到650℃，通过负荷夹具83对混合粉末10施加20kg/cm²的压力以使玻璃软化。同时，玻璃软化条件可以是在常压下并且不施加压力。因此，玻璃优选在离屈服点(At)200℃内的温度下软化。如果玻璃在超过上述温度的温度下软化，则玻璃有可能在固化时结晶并浊化。

然后，使熔融的混合粉末10冷却并固化，使得如图6B所示，可以获得其中分散有荧光体7的分散有荧光体的玻璃11，而没有尺寸对光学方面有影响或使其浊化的残留气泡。在此，尺寸对光学方面有影响的残留气泡可以是相对于300平方μm的LED芯片2而言直径为100μm或更大的气泡。如果这种气泡存在于LED芯片2附近，则LED芯片2发射的光可能再次输入到LED芯片2中，从而降低光输出效率。

接着，如图6C所示，根据玻璃密封部6的厚度，将所制备的分散有荧光体的玻璃11切割成板12(板形成步骤)。在该实施方案中，玻璃密封部6的厚度为0.5mm。

在该实施方案中，在制造分散有荧光体的玻璃11的过程中没有使用粘合剂。因此，与使用树脂粘合剂烘烤混合粉末的情况相比，玻璃性能例如强度或透明度没有因粘合剂而劣化。此外，当密封LED芯片2时，气泡损害气密性。

由此制造的分散有荧光体的玻璃11允许荧光体7均匀分散，这是因为荧光体7的粉末在熔融之前就分散在玻璃粉末中。例如，在任意体积{10×(荧光体平均颗粒宽度)/(含荧光体的体积比)1/3}×3中，相对于总平均数，含荧光体的体积比优选为50～200％，更优选为80～125％。精确获得的分散有荧光体的玻璃11在通过沿任意三个正交方向将其三等分所获得的9个区域处，具有80～125％的含荧光体7的体积比。每一个区域更优选具有90～112％的含荧光体7的体积比。如有必要，通过提高玻璃粉碎程度以具有与荧光体7颗粒相同的尺寸，可以在更微观的区域上获得均匀分散。

另一方面，除了分散有荧光体的玻璃11外，还提供其中形成有通孔3a的布线衬底3。根据布线图案，在布线衬底3的表面上丝网印刷W膏。然后，在1000℃下加热其上印刷有W膏的布线衬底3，或者在布线衬底3上烘烤W。然后，在W上依次形成Ni镀层和Au镀层，从而形成布线4(布线衬底形成步骤)。同时，可以通过省略实施用于表面处理布线4的抛光平坦化步骤而由于多晶氧化铝的晶粒边界在微观上凸凹地形成多晶氧化铝衬底的表面，或者通过喷光(blast finishing)而凸凹地形成多晶氧化铝衬底的表面。

然后，通过Au凸块28将多个LED芯片2电连接至布线衬底3上的布线4的表面布线41(元件安装步骤)。

然后，将其上安装有LED芯片2的布线衬底3置于下模91上，并将分散有荧光体的玻璃板12置于上模92上。下模91和上模92均安装有加热器，使得可以对它们进行独立的温度控制。然后，如图7所示，将分散有荧光体的玻璃板12堆叠在布线衬底3的基本平坦的安装表面上，实施热压以挤压下模91和上模92，如图7中箭头所示。因此，分散有荧光体的玻璃板12被熔接到其上安装有LED芯片2的布线衬底3上，并且利用分散有荧光体的玻璃板12密封布线衬底3上的LED芯片2(玻璃密封步骤)。图7是说明热压加工的截面图。在该实施方案中，通过施加20～40kgf/cm²的压力来实施玻璃密封步骤。

因此，分散有荧光体的玻璃板12通过其中所含的氧化物而与布线衬底3接合。在热压过程中低熔点玻璃的粘度优选为10⁵～10⁷泊。该粘度范围可防止玻璃粘附于上模以及由于低粘度所导致的玻璃外流，从而改进工艺产率或者可以防止玻璃对布线衬底3的粘附降低以及由于高粘度所导致的破碎凸块28的数量增加。

如上所述，布线衬底3的表面由于多晶氧化铝而粗糙化，使得玻璃密封部6的接合表面可以沿着布线衬底3的表面而粗糙化。这可以通过在热压过程中施加压力和通过在低于大气压的减压气氛下进行加工来实现。同时，只要玻璃可以进入粗糙多晶氧化铝的凹部中，就可以任意选择热压过程中的压力条件或气氛减压条件。当然，可以仅实施热压过程中的压力条件或气氛减压条件的其中之一。结果，可以在玻璃密封部6和布线衬底3之间产生锚定(anchor)效果，从而增强二者之间的接合强度。

为了缩短热压循环时间，可以增加在施压前的预热阶段用以预热玻璃密封部6，或者可以增加在施压后的冷却阶段用以控制玻璃密封部6的冷却速度。作为替代方案，可以在预热阶段和冷却阶段进行施压。因此，可以适当地改变热压步骤。

通过实施上述步骤，如图7所示，生成LED灯中间产品13，其中多个LED灯1沿纵横向结合成为一体。然后，将LED灯中间产品13(即与玻璃密封部6成为一体的布线衬底3)置于切片机上并将LED芯片2切片，从而得到LED灯1(切片步骤)。由于通过切片机一起切割玻璃密封部6和布线衬底3，因此布线衬底3和玻璃密封部6的侧面可以彼此齐平。

在一个改进实施方案中，如图8所示，可以在除了用于布置LED灯1的外部连接端子44的表面之外的部分上形成其中包含荧光体的溶胶凝胶玻璃或有机硅树脂的荧光体层8。在这种情况下，荧光体可以是BOS(原硅酸钡，Ba₂SiO₄)系荧光体，以便可以改善LED灯1的显色性。在形成上述荧光体层的情况下，可不在低熔点玻璃中混合黄色荧光体7y。

在如上所述制造的LED灯1中，当电流通过布线4输入LED灯芯片2时，从LED芯片2发射蓝光。LED芯片2发射的一部分蓝光被玻璃密封部6中的荧光体7转换为红光、绿光和黄光。这些光混合使得从LED灯1发射出白光。

由于荧光体7均匀地分散在玻璃密封部6中，因此LED芯片2发射的光可以均匀地进行波长转换，而与发射角无关，因而在向外照射的光中不导致发光颜色不均匀。

由于在玻璃密封部6中气泡的存在得到抑制，因此光不会在玻璃密封部6中散射，因而可以保证光提取效率。而且，LED芯片2的气密性不会由于气泡而受损。

理想的是，混合粉末10中的玻璃颗粒的尺寸为几个微米到200μm，以避免在粉碎过程中的杂质污染或物理损伤，从而抑制在玻璃熔融步骤中出现残留气泡以及使荧光体7均匀地分散在玻璃中。这可以防止荧光体7不形成直径为300μm或更大的连续区域。

在该实施方案中，由于通过施加负载来熔融混合粉末10，因此粉末可以在低于不施加负载时的温度下熔融。此外，由于可以在屈服点(At)附近进行加工，因此可以防止结晶，即使是使用不稳定的ZnO基玻璃也是如此。同时，即使在不施加负载而熔融玻璃时也可以均匀地分散荧光体7，或者可以通过利用压机施加例如50kgf/cm²的高压来熔融玻璃。可以根据玻璃特性来适当地改变减压气氛或所施加压力的水平。减压气氛或施加至玻璃的压力不必总是一起使用。当然，可以在减压气氛或施加至玻璃的压力的其中一种条件下熔融玻璃。

由于低熔点玻璃A用作玻璃密封部6，因此玻璃密封部6可具有优异的稳定性和耐候性。因此，即使LED灯1在恶劣环境下长时间使用，也可以防止玻璃密封部6劣化并且可以有效抑制光提取效率随时间而降低。此外，由于玻璃密封部6具有高折射率和高透光性，因此可以获得高可靠性和高的光输出效率。

但是，即使在使用低熔点玻璃A时，也应该注意的是并非总是获得预定的荧光体转换效率。因此本发明者进行以下实验以研究其原因。

通过以下三种方法制备典型低熔点玻璃A的玻璃粉末样品。

首先，通过将玻璃粉末与作为原料的各种组分混合来制备低熔点玻璃A。

然后，通过下列步骤制备样品1。首先，将混合的玻璃粉末熔融然后在空气中固化。接着，利用球磨机将固化的玻璃在空气中粉碎至最大粒径为约100μm，从而制成玻璃粉末。然后利用60μm网筛和20μm网筛，将玻璃粉末分级成最大粒径为60μm和最小粒径为20μm。

如下制备样品2和3：将混合的玻璃粉末熔融并在常温下将熔融的玻璃滴入水浴中，因而通过热震制备碎玻璃粉末。然后，通过球磨机将含水的玻璃粉末粉碎，并利用网筛制备粒径为60μm以下的玻璃粉末和水的混合物。接着，除了所述水浴之外，还提供装填有水的分级水浴。将玻璃粉末和水的混合物放入所述分级水浴中，除去上层的微细玻璃粉末并通过网筛将剩余的玻璃粉末分级。通过这种方法，在上层液中包含小于20μm的玻璃粉末，玻璃粉末被分级成最大粒径为60μm和最小粒径为20μm。

然后，将样品2在100℃下干燥2小时，将样品3在100℃下干燥24小时，以从玻璃粉末中彻底去除水分。

然后，将样品1～3分别与(Sr，Ca)S:Eu²⁺荧光体粉末混合，使得荧光体粉末占混合粉末总重量的10wt％。接着，使玻璃软化以制造三种0.7mm厚的分散有荧光体的玻璃板12。

接着，利用来自光源的蓝光(具有450nm的峰值波长)照射所述三种分散有荧光体的玻璃板12，由此激发(Sr，Ca)S:Eu²⁺荧光体以发射波长转换光(具有650nm的峰值波长)。基于光输出探测器100所检测的来自光源的光输出和波长转换光的峰值波长处的光输出的值，确定每一个分散有荧光体的玻璃板12中荧光体的波长转换效率，如表1所示。

表1

用于分散有荧光体的玻璃中的玻璃粉末样品	样品1	样品2	样品3
用于分散有荧光体的玻璃中的玻璃粉末样品	样品1	样品2	样品3	波长转换效率	5.53％	6.56％	7.57％

如表1所示，证明在使用由湿式分级所制备的样品2和3形成分散有荧光体的玻璃板12的情况下，波长转换效率高于在使用干式分级所制备的样品1形成分散有荧光体的玻璃板12的情况。其原因认为如下：在干式分级中，玻璃粉末可能容易带有静电，由此使得杂质可能附着在表面上。

此外，考虑到利用样品2和3制备的分散有荧光体的玻璃板12的结果，证明在湿式分级中充分(长时间)干燥样品使得波长转换效率的增加。因此，当制造分散有荧光体的玻璃板12时，希望通过湿式分级来制备作为原料的玻璃粉末。另外，在使用湿式分级的情况下，希望从玻璃粉末中完全除去水分。

玻璃密封部6由屈服点(At)低于LED芯片2的半导体层的外延生长温度的玻璃形成。因此，LED芯片2在热压过程中没有受到热损伤并且可以在充分低于半导体层的晶体生长温度的温度下加工。此外，将低熔点玻璃板平行于布线衬底3布置并在高粘度下进行热压。由此，低熔点玻璃被平行移动并且表面接合至布线衬底3的表面，以密封GaN基LED芯片2。因此，可以防止出现空隙。

由于布线衬底3和玻璃密封部6通过氧化物化学键合而彼此接合，因此可以进一步增加密封强度。这使得可以实际应用具有小接合面积的小封装。

布线衬底3和玻璃密封部6的热膨胀系数(α)几乎相等，因此即使在高温接合之后置于室温或低温下也不易出现诸如剥离和裂纹的接合失效。另外，玻璃容易由于张应力而产生裂纹，但是不容易由于压缩应力而产生裂纹。因此，使玻璃密封部6的热膨胀系数(α)略小于布线衬底3的热膨胀系数(α)。

通常，玻璃具有如下特性：其热膨胀系数(α)在超过其玻璃化转变温度(Tg)的温度下增大。因此在高于Tg的温度下实施玻璃密封时，优选考虑在高于Tg的温度下热膨胀系数(α)以及在低于Tg的温度下热膨胀系数(α)以便进行稳定的玻璃密封。换言之，通过允许构成玻璃密封部6的玻璃材料的热膨胀系数(α)几乎等于在高于Tg的温度下的热膨胀系数(α)以及布线衬底3的热膨胀系数(α)，可以减少导致布线衬底3翘曲的内部应力。因此，可以防止玻璃的剪切破坏，这种剪切破坏即使在可以确保布线衬底3与玻璃密封部6之间的接合强度的情况下也可能出现。因此，布线衬底3和玻璃密封部6可以在尺寸上放大，使得可一起生产的LED灯的数量可以得到增加从而允许提高生产率。

本发明人确认，在-40℃～100℃的温度范围内进行1000次循环湿热震试验后，没有出现剥离或裂纹。此外，确认对于热膨胀系数不同的玻璃和陶瓷的组合而言，对接合至陶瓷衬底的5mm×5mm玻璃片进行测试，只要热膨胀系数较低的一种材料(玻璃和陶瓷中的一种)对热膨胀系数较高的另一种材料的比率为0.85或更大，它们就可以相互接合而没有裂纹。热膨胀系数几乎相等可以定义为这种比率范围(0.85或更大)，尽管它取决于材料的刚度或尺寸。

此外，为了确认该实施方案中LED灯的效果，本发明人已经进行了如的加速劣化试验。图10A～10D是表示加速劣化试验结果的图。

试验样品是本发明实施方案的LED灯和硅树脂密封的LED灯，其中均加入红色荧光体(即硫化物荧光体(CaS:Eu²⁺)或绿色荧光体(即硫化物荧光体(CaGa₂S₄:Eu²⁺)。实验进行如下：在60℃的高温和90％的高湿度下，对样品LED灯的LED芯片施加20mA电流，测量LED灯发光光强度的保持时间。如图10A和10B所示，在本发明实施方案的LED灯中，发光光强度甚至在3000小时的电流施加时间之后仍保持。但是，如图10C和10D所示，在常规LED灯中，对于所有荧光体，发光光强度在1000小时的电流施加时间之前就明显降低。

由于LED芯片2是倒装型的而没有使用任何导线，因此即使对高粘度玻璃加压也没有在其电极处出现问题。在密封步骤过程中低熔点玻璃的粘度高达10⁴～10⁸泊，这在物理特性方面与在热硬化之前为约5泊粘度的液相的环氧树脂截然不同。因此，当利用玻璃密封面向上型LED芯片(使用导线将形成在其表面上的电极电连接至功率输入组件例如引线)时，导线可能被压碎或变形。但是，本发明实施方案的LED芯片2可以避免这种问题。另一方面，当密封倒装型LED芯片(通过Au凸块等倒装在功率输入组件例如引线上)时，可能由于玻璃的高粘度使得通过施加在LED芯片上的压力导致凸块的压碎或各凸块之间短路。但是，本发明实施方案的LED芯片2也可以避免这种问题。

布线衬底3的表面布线41通过通孔43引到背面布线42。因此，可以简化生产工艺而不需要特定的对策以防止玻璃材料渗透到非必要部位处以及玻璃材料覆盖电端子的问题。此外，由于通过分散有荧光体的玻璃板12同时密封多个LED芯片2，因此通过切片可以容易地大批量生产多个LED灯1。同时，由于在高粘度下加工低熔点玻璃，因此可足以实现大批量生产，只要将外部端子引到背面即可，甚至不需要使用通孔，在此树脂密封所需的用于防止密封材料向外流动的对策变得不必要了。

LED芯片2是倒装型安装的，使得可以实现超小例如0.5平方mm的LED灯1，并且解决了在实施玻璃密封工艺中的问题。这是因为不需要用于导线的接合空间并且由于玻璃密封部6和布线衬底3具有基本相同的热膨胀系数并且基于化学键合而牢固接合，因此即使是在小接合空间处也不会在界面出现剥离。

LED芯片2和玻璃密封部6具有基本相同的热膨胀系数。因此，由于包括布线衬底3的所有相邻组件均具有基本相同的热膨胀系数，因而即使在玻璃密封工艺过程中的高温与室温之间的温差下所产生的内应力也会非常低，这样可以获得稳定的可加工性而不产生裂纹。此外，可由此减少内应力以增强抗冲击性，从而可以获得具有高稳定性的玻璃密封型LED。

布线衬底3由氧化铝(Al₂O₃)形成，因而可以降低部件成本，并且由于其容易获得因此可以实现器件成本的降低以及实现大批量生产。此外，Al₂O₃具有良好的导热性，因而它可以充分适应于高亮度或高输出型器件。此外，由于布线衬底3具有小的光吸收，因此在光学上是有利的。

虽然在本发明实施方案中，LED灯1使用由GaN基半导体材料制成的LED芯片2，但是LED元件不限于GaN基LED芯片2，并且可以由其它半导体材料例如ZnSe基和SiC基半导体材料制成。

可以通过切片来制造LED芯片2。在这种情况下，通过切片生产的LED芯片2可以在其侧表面(作为切割截面)上具有尖锐的凹陷和凸起，并且LED芯片2的侧表面优选由芯片涂层材料所涂覆。芯片涂层材料包括具有光学透明性的SiO₂基涂层材料。芯片涂层材料可以防止在二次成型(overmolding)等情况下产生裂纹和空隙。

该实施方案的玻璃密封部6根据器件使用条件在产生结露(dewcondensation)时可能劣化，尽管如上所述它在耐候性方面是优异的。甚至在这种情况下，虽然希望形成不结露的器件，但是玻璃密封部6可以通过在玻璃密封部6的表面上涂覆硅树脂等来防止由于高温下结露所导致的劣化。涂覆在玻璃密封部6表面上的涂层材料优选包括不仅具有耐湿性而且具有耐酸碱性的无机材料例如SiO₂基和Al₂O₃基材料。

虽然出于完全和清楚公开的目的，本发明人已经针对特定实施方案描述了本发明，但是所附权利要求并不仅限于此，而是应该解释为本领域技术人员可能想到的所有修改和替代方案均完全落入本发明所提出的基本教导范围内。

Claims

1.一种制造发光器件的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中在对所述混合粉末施加压力的同时，加热所述混合粉末以提供所述一体化材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述发光元件包括多个发光元件，并且

所述方法还包括将利用所述分散有荧光体的玻璃密封在所述安装部上的所述多个发光元件分割成多个发光器件。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括在密封所述发光元件或分割所述多个发光元件之后，在所述分散有荧光体的玻璃的表面上形成荧光体层，所述荧光体层包含不同于所述荧光体粉末的荧光体。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述分散有荧光体的玻璃加工成板，其中将所述分散有荧光体的玻璃的板熔接到所述安装部上。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述玻璃粉末通过利用湿分级进行分级并随后干燥而制备。

7.一种制造包含荧光体的玻璃板的方法，包括：

将所述分散有荧光体的玻璃加工成板。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在对所述混合粉末施加压力的同时，加热所述混合粉末以提供所述一体化材料。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述玻璃粉末通过利用湿分级进行分级并随后干燥而制备。