CN101507005B - 电致发光的荧光体转换光源及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
配置一种发光光源(1)，其包括：衬底(10)；形成在衬底(10)上的端子(11)和焊盘(12)；经由突起(13)安装在焊盘(12)上的发光元件(14)；以及覆盖发光元件(14)且填充在衬底(10)的主表面与发光元件(14)之间的空隙中的荧光体层(15)，其中荧光体层(15)包含荧光体和透光性基材，并且所述荧光体层(15)填充在所述空隙中的部分(15a)中的荧光体的体积含量与所述荧光体层(15)覆盖所述发光元件(14)的部分(15b)中的荧光体的体积含量彼此基本上相等。
Description
技术领域
本发明涉及包括覆盖有荧光体层的发光元件的发光光源及其制造方法。
背景技术
诸如发光二极管(下文中称之为“LED”)、半导体激光器等发光元件应用于各种类型的发光器件中。在这些器件当中，近来其中使用LED裸片的发光光源与利用放电或辐射的常规光源相比不仅尺寸小和效率高，而且光通量密度还得到了增加。因此，这种发光光源会取代常规光源。
使用LED裸片的发光光源的例子包括含有LED裸片、连接到LED裸片的衬底、以及包含荧光体且覆盖LED裸片的荧光体层的发光光源。在这种类型的发光光源当中，尤其关注通过利用发出蓝色光的LED裸片和包含在荧光体层中且发出黄色光的荧光体来产生白色的输出光的发光光源。
同时，例如，通过其中利用多个金线将经由非导电胶结合到衬底上的LED裸片连接到衬底的方法、其中利用金线将经由导电胶或Au-Sn共晶结合而结合到衬底上的LED裸片连接到衬底的方法、或者其中经由突起将LED裸片连接到衬底的倒装片连接方法，来建立LED裸片与衬底之间的电连接。当将上述使用LED裸片的发光光源用作发光光源时，不使用导线的倒装片连接方法更加适合，因为在利用导线建立电连接的方法中，很可能导线的影子会投射在将要被辐射的表面上。
通常，在倒装片连接方法中，通过由金或焊料形成的突起将LED裸片电连接到衬底上的导体图案。在这种情况下，将突起直接形成在LED裸片上或形成于衬底上的导体图案(例如，焊盘)上。此外，还有一种方法，其中在将LED裸片连接到衬底之后，进一步将底层填料填充到LED裸片与衬底之间的间隙中(例如参见JP2003-101075A)。底层填料通常为例如由诸如环氧树脂等树脂形成的液体材料。通过该底层填料的使用，能够加强LED裸片与衬底之间的结合。
然而，底层填料可能会流到LED裸片的侧面或者蔓延到除LED裸片与衬底之间的区域之外的区域。这种情况导致荧光体层具有不稳定的形状，即，覆盖LED裸片的荧光体层具有不一致的厚度，导致输出光的色度不一致，这是有问题的。
此外，在底层填料和荧光体层由彼此不同的材料形成的情况下，尤其当荧光体层包含具有较低粘性的硅树脂时，在底层填料和荧光体层之间的界面处可能会发生剥离，这也是有问题的。
为了解决上述问题，已经提出了一种在不使用底层填料的情况下来制造发光光源的方法，通过在发光元件与衬底之间设置由荧光体层形成材料构成的透光性基材来实现该方法(参见WO 2006/041178A3)。
然而，根据WO 2006/041178A3中描述的制造方法，分散在设置于发光元件与衬底之间的透光性基材中的荧光体的含量减少。因此，分散在透光性基材中的荧光体的含量可能变得明显不同于覆盖发光元件的荧光体层中的荧光体的含量。结果，在位于发光元件之上的层的散热特性与位于发光元件之下的层的散热特性之间产生显著差别，并且这种散热特性的显著差别产生热应力，其导致荧光体层从衬底上剥落。
发明内容
本发明将解决常规技术问题，并且将提供一种发光光源以及制造这种发光光源的方法，在所述发光光源中能够减小发光元件之上的层与其之下的层的散热特性之间的差别。
本发明的发光光源包括：衬底；形成在所述衬底上的端子和焊盘；经由突起安装在所述焊盘上的发光元件；以及覆盖所述发光元件且填充在所述衬底的主表面与所述发光元件之间的空隙中的荧光体层。在该发光光源中，所述荧光体层包含荧光体和透光性基材，并且所述荧光体层填充在所述空隙中的部分中的荧光体的体积含量与所述荧光体层覆盖所述发光元件的部分中的荧光体的体积含量彼此基本相等。
本发明的制造发光光源的方法包括以下步骤：在其上形成有端子和焊盘的衬底上设置可剥离树脂涂层，使得所述可剥离树脂涂层覆盖所述端子；经由突起将发光元件安装在所述焊盘上；在减小的压力下设置包含荧光体和透光性基材的荧光体层形成材料，使得所述荧光体层形成材料覆盖所述发光元件并且填充在所述衬底的主表面与所述发光元件之间的空隙中；以及剥落所述可剥离树脂涂层。
根据本发明的发光光源和制造发光光源的方法，可以减小发光元件之上的层与其之下的层的散热特性之间的差别。因此，能够防止由热应力导致的缺陷，例如荧光体层从衬底上的剥落等。
附图说明
图1A是示意性示出根据本发明的实施例的发光光源的透视图，图1B是在图1A所示的发光光源中使用的衬底的平面图，以及图1C是沿图1A所示的线I-I截取的截面图；
图2A至2E是示出根据本发明的实施例的制造发光光源的优选方法的步骤的截面图；
图3是针对点亮时的本发明的实例和比较例中的每一个示出荧光体层的上表面的中心部分与衬底的下表面的中心部分的温度之间的差别的曲线图。
具体实施方式
本发明的发光光源包括衬底、形成在衬底上的端子和焊盘、以及经由突起安装在焊盘上的发光元件。
对形成衬底的材料没有特别的限制，并且例如，可以使用由Al2O3、AlN等形成的陶瓷材料、含有无机填充物和热固性树脂的复合材料等。或者，可以使用通过在由铝等形成的金属材料上形成电绝缘层(例如，上述复合材料)而获得的叠层材料，以便提高衬底的散热特性。衬底具有例如大约0.5mm到3mm的厚度。
可以使用常用材料用于形成端子、焊盘、以及突起。例如，可以通过使用铜，或者通过使用铜并使其镀有镍和金等，来形成端子和焊盘，并且可以通过使用金、焊料等来形成突起。
例如，可以使用发出波长为420nm至500nm的蓝色光的蓝色LED、发出波长为380nm至420nm的蓝紫色光的蓝紫色LED等作为发光元件。例如，可以使用利用InGaAlN基的材料形成的LED作为蓝色LED或蓝紫色LED。应该注意的是，对设置在衬底上的发光元件的数量没有特别的限制，并且可以根据所需要的光量来适当地设置这一数量。
除上述构成元件之外，本发明的发光光源还包括覆盖发光元件且填充在衬底的主表面与发光元件之间的空隙中的荧光体层。所述荧光体层包含荧光体和透光性基基材，并且所述荧光体层填充在空隙中的那一部分(下文将其中形成该部分的区域称为“第一区域”)中的荧光体的体积含量与所述荧光体层覆盖发光元件的那一部分(下文将其中形成该部分的区域称为“第二区域”)中的荧光体的体积含量彼此基本相等。这导致位于发光元件的光输出侧上的第二区域中的热导率与位于相对侧上的第一区域中的热导率彼此基本相等，由此能够减小发光元件之上的层与其之下的层的散热特性之间的差别。因此，能够防止由热应力导致的缺陷，例如荧光体层从衬底上的剥落等。应该注意的是，措辞“基本相等”意味着在第一和第二区域中包含荧光体以至于第一和第二区域中的相应热导率变得彼此基本相等。例如，第一区域中的荧光体的体积含量可以不小于第二区域中的荧光体的体积含量的80％，并且优选的是前者不小于后者的90％且不大于后者的100％。
例如，可以使用发出红色光的红色荧光体、发出黄色光的黄色荧光体、发出绿色光的绿色荧光体等作为包含在荧光体层中的荧光体。例如，可以使用氮化物硅酸盐基(nitride silicate-based)Sr2Si5N8:Eu2+、氮化物铝硅酸盐基(nitride aluminosilicate-based)CaAlSiN3:Eu2+、氧氮化物铝硅酸盐基(oxonitride aluminosilicate-based)Sr2Si4AlON7:Eu2+、LOS基La2O2S:Eu3+等作为红色荧光体。例如，可以使用(Sr，Ba)2SiO4:Eu2+、(Y，Gd)3Al5O12:Ce3+等作为黄色荧光体。例如，可以使用BaMgAl10O17:Eu2+、BaMgAl10O17:Mn2+、SrAl2O4:Eu2+、硅酸盐基(Ba，Sr)2SiO4:Eu2+等作为绿色荧光体。应该注意的是，在使用发出波长不大于420nm的蓝紫色光的LED或发出波长不大于380nm的紫外光的LED作为发光元件的情况下，例如，可以与发出蓝色光的蓝色荧光体相结合地使用上述红色荧光体或绿色荧光体来作为荧光体。例如，可以使用诸如BaMgAl10O17:Eu2+的铝酸盐荧光体、诸如Ba3MgSi2O8:Eu2+的硅酸盐荧光体等作为这种蓝色荧光体。
对形成荧光体层的透光性基材没有特别的限制，只要可以将荧光体分散在其中并且可以使输出光从其透过即可，但诸如硅树脂或环氧树脂的透光性树脂是优选的。在这些树脂当中，更优选硅树脂，因为在固化之前其具有良好的耐光性和高流动性；这些特性使得在稍后所述的制造过程中至第一区域中的填充变得更容易。
在本发明的发光光源中，优选地，每一个焊盘的面积大于安装在焊盘上的每一个发光元件的面积。特别优选地，每一个焊盘的面积不小于每一个发光元件的面积的1.3倍。这是因为这种结构使得在稍后所述的制造过程中至第一区域中的填充变得更容易。
下面描述一种本发明的制造发光光源的制造方法。应该注意的是，由于下述制造发光光源的方法是用于制造本发明的上述发光光源的优选方法，所以在一些情况下省略了对已经描述过的内容的重复描述。
本发明的制造发光光源的方法包括下列步骤：以如下方式在其上形成有端子和焊盘的衬底上设置可剥离树脂涂层：可剥离树脂涂层覆盖端子；经由突起将发光元件安装在焊盘上；在减小的压力下设置包含荧光体和透光性基材的荧光体层形成材料，使得该材料覆盖发光元件并且填充在衬底的主表面与发光元件之间的空隙(即，第一区域)中；以及剥落可剥离树脂涂层。由于在该方法中在减小的压力下设置荧光体层形成材料，所以可以容易地将包含荧光体的荧光体层形成材料填充在第一区域中。因此，能够容易地制造本发明的发光光源，其中第一区域中的荧光体的体积含量和第二区域中的荧光体的体积含量彼此基本相等。此外，由于在设置荧光体层形成材料的步骤中用可剥离树脂涂层覆盖端子，因此可以防止荧光体层形成材料附着于端子。
可剥离树脂涂层可以由任何材料形成，只要该材料可以更加紧密地附着于端子以便防止荧光体层形成材料附着于端子且容易从端子上剥离即可。例如，可以由丙烯酸树脂、氯乙烯等来形成该材料。
优选在小于20Pa的环境气压下，且更优选地在不小于1Pa且不大于10Pa的环境气压下执行设置荧光体层形成材料的步骤。这是因为这种条件使得至第一区域中的填充更容易。
在本发明的制造发光光源的方法中，优选地，荧光体层形成材料相对于焊盘表面的接触角(接触角θ1)小于荧光体层形成材料相对于衬底主表面的接触角(接触角θ2)。特别优选地，θ1/θ2不大于2/3。这是因为该条件使得至第一区域中的填充更容易。例如，在使用铝作为用于衬底的材料、使用金作为用于形成焊盘表面的材料、以及使用硅树脂作为荧光体层形成材料的透光性基材的情况下，荧光体层形成材料相对于焊盘表面的接触角为大约60°，而荧光体层形成材料相对于衬底主表面的接触角为大约90°。因此，能够容易执行至第一区域中的填充。
下文中，将参考附图通过示例性实施例来描述本发明。应该注意的是，在所参考的附图中，利用相同的参考标记表示具有基本相同功能的构成元件，并且在一些情况下省略了对这种元件的重复描述。
图1A是示意性示出根据本发明的实施例的发光光源的透视图。图1B是在图1A所示的发光光源中使用的衬底的平面图，以及图1C是沿图1A所示的线I-I截取的截面图。
如图1A和1C所示，发光光源1包括衬底10、形成在衬底10上的端子11和焊盘12、经由突起13安装在焊盘12上的发光元件14、以及覆盖发光元件14并填充在第一区域15a、即衬底10的主表面与发光元件14之间的空隙中的荧光体层15。此外，在衬底10上，将抗静电构件16(例如，齐纳二极管、变阻器等)安装成在端子11和焊盘12上方延伸。
如图1B所示，设置端子11和焊盘12，使得数量为6×2＝12的发光元件14串联连接。
荧光体层15包含荧光体和透光性基材。第一区域15a中的荧光体层15中的荧光体的体积含量与第二区域15b中的荧光体层15的荧光体的体积含量彼此基本相等，所述第二区域15b是覆盖发光元件14的区域(参见图1C)。这导致位于发光元件14的光输出侧上的第二区域15b中的热导率和位于相对侧上的第一区域15a中的热导率彼此基本相等，由此能够减小发光元件14之上的层与其之下的层的散热特性之间的差别。因此，能够防止由热应力导致的缺陷，例如荧光体层15从衬底10上的剥落等。因此，能够防止由热应力导致的缺陷，例如荧光体层15从衬底10上的剥落等。
在发光光源1中，每一个焊盘12的面积大于安置在焊盘12上的每一个发光元件14的面积。这使得在稍后所述的发光光源1的制造过程中将荧光体层形成材料填充在第一区域15a中更容易。
接下来，将描述用于制造发光光源1的优选方法。本文中所参考的图2A到2E是示出用于制造发光光源1的优选方法的步骤的截面图。
首先，如图2A所示，将可剥离树脂涂层20设置在其上形成有端子11和焊盘12的衬底10上，以便可剥离树脂涂层20覆盖端子11。这样，在设置包含荧光体和硅树脂的荧光体层形成材料21的步骤中(参见图2C)，可以防止荧光体层形成材料21附着于端子11。
接下来，如图2B所示，经由突起13将发光元件14和抗静电构件16安装在焊盘12上。
接下来，如图2C所示，将荧光体层形成材料21注入到模23中，并且以如下方式将衬底10叠置在模23上：使发光元件14和抗静电构件16嵌入在荧光体层形成材料21中。然后，通过真空泵22减小压力以便在模23中压力变得小于20Pa。通过该工艺，利用荧光体层形成材料21覆盖发光元件14，同时将荧光体层形成材料21填充在第一区域15a中。此外，同时在100℃至180℃下实施热处理一到五分钟，由此对荧光体层形成材料21执行初次固化操作。
接下来，除去模23并且在100℃至160℃下实施热处理30到180分钟，由此对荧光体层形成材料21执行二次固化操作。通过这样做，形成荧光体层15，如图2D所示。
然后，剥落可剥离树脂涂层20，由此获得图2E所示的发光光源1。
实例
下文中，将通过示例性实例来描述本发明。应该注意的是，本发明不限于该实例。
作为本发明的实例，通过图2A到2E所示的方法制造如图1A和1C所示的发光光源。应该注意的是，在图2C所示的步骤中减小压力以便在模23中压力变为5Pa。使用由Al2O3(厚度T1(参见图1C)：1mm)制成的衬底作为衬底10。使用由GaN基材料(1mm×1mm，厚度T3(参见图1C)：300μm)制成的蓝色LED作为发光元件14。使用硅树脂作为用于形成荧光体层15的透光性基材。应该注意的是，相对于荧光体层15的总重量，所包含的荧光体的含量为15wt％。此外，从衬底10的主表面到发光元件14的距离T2(参见图1C)为30μm，而从发光元件14的上表面到荧光体层15的上表面的距离T4(参见图1C)为1200μm。
在室内在25℃的室温下，向上述实例的发光光源提供1mA的电流，并且保持一个小时。在发光光源处于静态之后，通过红外线辐射温度计(由NipponAvionics Co.，Ltd制造的温度计)，来测量荧光体层15的上表面的中心部分X(参见图1C)处的温度和在衬底10的下表面的中心部分Y(参见图1C)处的温度，并计算温度差(Y-X)。作为比较例1和2，除了减小压力以便在模23中压力分别变为0.1Pa和0.5Pa之外，以与上述实例相同的方式进行制造以制备发光光源，并且对于每一种情况以相同的方式计算温度差(Y-X)。在图3中示出结果。应该注意的是，在实例与比较例1和2中，荧光体(第一区域15a/第二区域15b)的体积含量之比分别为0.9、0.6和0.1。
如图3所示，与比较例1和2的发光光源相比，实例的发光光源中的温度差(Y-X)较小。因此，减小了发光元件14之上的层与其之下的层的散热特性之间的差别。
可以在不脱离本发明的精神和本质特征下，以其他形式实施本发明。在各个方面将本申请中公开的实施例视为是示例性的而非限制性的。由所附的权利要求而不是前述说明来指明本发明的范围，并且旨在将所有落入权利要求的涵义和等同范围内的所有变化包括在其中。
工业实用性
例如，本发明的发光光源可用于在普通照明、显示照明(标牌光等)、汽车照明(特别是前灯)等中使用的照明设备；以及在用于街道、投影仪等的大显示器中使用的显示设备。
Claims (6)
1.一种发光光源，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的端子和焊盘；
经由突起安装在所述焊盘上的发光元件；以及
覆盖所述发光元件且填充在所述衬底的主表面与所述发光元件之间的空隙中的荧光体层，
其中
所述荧光体层包含荧光体和透光性基材，并且
所述荧光体层填充在所述空隙中的那一部分中的荧光体的体积含量不小于所述荧光体层覆盖所述发光元件的那一部分中的荧光体的体积含量的80％。
2.根据权利要求1所述的发光光源，其中
所述透光性基材为硅树脂。
3.根据权利要求1所述的发光光源，其中
所述焊盘的面积大于安装在所述焊盘上的所述发光元件的面积。
4.一种用于制造发光光源的方法，该方法包括下列步骤：
在其上形成有端子和焊盘的衬底上设置可剥离树脂涂层，使得所述可剥离树脂涂层覆盖所述端子；
经由突起将发光元件安装在所述焊盘上；
在减小的压力下设置包含荧光体和透光性基材的荧光体层形成材料，使得所述荧光体层形成材料覆盖所述发光元件并且填充在所述衬底的主表面与所述发光元件之间的空隙中；以及
剥落所述可剥离树脂涂层。
5.根据权利要求4所述的用于制造发光光源的方法，其中
在小于20Pa的环境气压下执行设置所述荧光体层形成材料的步骤。
6.根据权利要求4所述的用于制造发光光源的方法，其中
所述荧光体层形成材料相对于所述焊盘的表面的接触角小于所述荧光体层形成材料相对于所述衬底的所述主表面的接触角。
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