CN103022322A - 发光装置的制造方法 - Google Patents

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led chip
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渡边美保
别田惣彦
田中裕隆
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Toshiba Lighting and Technology Corp
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Abstract

本发明提出一种发光装置的制造方法。实施方式的发光装置的制造方法包括：第一步骤，将发光元件(3)搭载在基板(1)上；以及第二步骤，使微米级的荧光体粒子分散于液状透明树脂，对该分散液进行静电涂布或静电喷雾，借此，在发光元件(3)的上表面形成包含荧光体粒子的层(4)，所述微米级的荧光体粒子被从发光元件(3)放射出的光激发而发光。

Description

发光装置的制造方法
技术领域
本实施方式涉及一种发光装置的制造方法。
背景技术
使用有发光二极管(LED：Light Emitting Diode)芯片(chip)的发光装置(LED灯)正快速地用于一般照明用途。将LED芯片安装在配线基板上，且利用荧光体层来分别将LED芯片的表面予以包覆的构造的发光装置中，昂贵的荧光体的使用量少，因此受到关注。
另一方面，LED灯逐年进展为高功率化，由荧光体自身的斯托克斯损失(Stokes loss)引起的发热，也逐渐达到成为问题的水平(level)。为了效率良好地使此种由荧光体自身的能量损失而引起的热进行散逸，而沿着LED芯片的表面形状来披覆所述荧光体层，即作为所谓的共形涂布(conformal coating)，较为理想的是，使从荧光体至LED芯片的热传导变得良好。另外，借由采用共形涂布，颜色不均等的产生也受到抑制。
然而，非常难以在如LED芯片那样的小元件的表面上实施共形涂布，特别是，在如0.2mm×0.2mm那样的微小尺寸(size)的芯片的情况下，更难以实施所述共形涂布。所述技术已揭示于日本专利公开申请案第PH10-319877号，且该公开申请案的内容并入本发明作为参考。
发明内容
实施方式的发光装置的制造方法包括：第一步骤，将发光元件搭载在基板上；以及第二步骤，使微米级的荧光体粒子分散于液状透明树脂，对该分散液进行静电涂布或静电喷雾，而在所述发光元件的上表面形成包含所述荧光体粒子的层，所述微米级的荧光体粒子被从所述发光元件放射出的光激发而发光。
根据本发明，能够制造如下的发光装置，对于该发光装置而言，即使LED芯片为微小尺寸，也可形成共形性高的荧光体层，散热性优异，且颜色不均等少。
附图说明
图1是表示实施方式所制造的发光装置的一例的剖面图。
图2是放大地表示图1所示的发光装置的主要部分的图，图2(a)是剖面图，图2(b)是俯视图。
图3是概略性地表示实施方式中所使用的静电涂布装置的一例的图。
图4是表示图1所示的发光装置的变形例的剖面图。
图5是表示图1所示的发光装置的其他变形例的剖面图。
图6是表示其他实施方式所制造的发光装置的一例的剖面图。
图7是放大地表示图6所示的发光装置的主要部分的剖面图。
图8(a)与图8(b)是表示比较例所制造的发光装置的例子的剖面图。
符号的说明：
1：基板
2：配线层
2a：电极
3：LED芯片
3a：元件基板
3b：半导体发光层
3c：元件电极
3d：角部
4：荧光体层/层
4A、4B、41、42：荧光体层
5：接着剂
6：接合线
10、20：发光装置
30：静电涂布装置
31：喷雾喷嘴
32：液体材料
33：微小液滴
34：脉冲电压产生装置
具体实施方式
实施方式的发光装置的制造方法包括：第一步骤，将发光元件搭载在基板上；以及第二步骤，使微米级(micro-order)的荧光体粒子分散于液状透明树脂，对该分散液进行静电涂布或静电喷雾，借此，在所述发光元件的上表面形成包含所述荧光体粒子的层，所述微米级的荧光体粒子被从所述发光元件放射出的光激发而发光。
根据实施方式，提供可制造如下的发光装置的方法，对于该发光装置而言，即使LED芯片为微小尺寸，也可形成共形性高的荧光体层，散热性优异，且颜色不均等少。
根据实施方式，能够制造如下的发光装置，对于该发光装置而言，即使LED芯片为微小尺寸，也可形成共形性高的荧光体层，散热性优异，且颜色不均等少。
以下，参照附图来对实施方式进行说明。再者，在以下的附图的记载中，只要无特别的说明，对相同要素或具有相同功能的要素附上相同符号，且将重复的说明予以省略。
第一实施方式
图1是表示第一实施方式所制造的发光装置的一例的剖面图，图2是放大地表示所述发光装置的主要部分的图，图2(a)是剖面图，图2(b)是平面图。
图1、图2(a)、及图2(b)所示的发光装置10包括：基板1、形成在所述基板1上的配线层2、作为发光元件的LED芯片3、以及荧光体层4。
例如，基板1包含：具有散热性与刚性的铝(Al)、镍(Ni)、玻璃环氧树脂(glass epoxy)、陶瓷(ceramic)等的平板。
基板1优选具有0.5mm～1.5mm的厚度。另外，基板1的25℃的导热率优选为30W/m·K以上。在基板1的厚度不足0.5mm的情况下，强度不充分，在将该基板1安装于器具等的安装过程中或动作过程中，有可能会产生断裂。另外，若基板1的厚度超过1.5mm，则即使导热率为30W/m·K以上，基板1整体的散热性也有可能会不充分。例如，可使用热阻测定装置，根据接面温度(junction temperature)与基板最冷点的温度差及构造，来对基板1的导热率进行计算。
配线层2是以银(Ag)、金(Au)、及铜(Cu)等导体金属为主体的层。例如，可以所期望的图案(pattern)，将包含Ag等导电体粉末(微粒子)的浆料(paste)(墨水(ink))印刷(网版(screen)印刷、喷墨(inkjet)印刷等)至基板1的表面之后，使涂布层干燥且进行煅烧，借此来形成配线层2。
例如，使用发出主波长为420nm～480nm(例如460nm)的蓝色光的LED芯片、及发出紫外线的LED芯片等，来作为发光元件、即LED芯片3。然而，并不限定于此，只要放射出光，且借由该放射出的光来激发荧光体，从而发出可见光即可，可根据发光装置10的用途、或作为目标的发光色等而使用各种发光元件。
LED芯片3具有如下的构造，即，在绝缘性的元件基板3a上形成有半导体发光层3b，而且在该半导体发光层3b上形成有一对电极3c、3c。LED芯片3借由接着剂5而接着(芯片接合(die bond))在基板1上，一对电极3c、3c分别经由如金线之类的接合线(bonding wire)6而与配线层2连接。即，LED芯片3是面朝上(face up)地搭载于基板1，即，使半导体发光层3b形成侧的表面朝上地搭载于基板1。
将如下的分散液静电涂布至以所述方式而面朝上地搭载于基板1的LED芯片3的上表面、及与该上表面相连的角部3d，所述分散液是使一种或两种以上的荧光体粒子分散于液状透明树脂而成的液体，然后，使已涂布的树脂硬化，借此来形成荧光体层4。借由使用静电涂布，如图2(a)、图2(b)所示，荧光体层4以均一或大致均一的厚度，形成在除了元件电极3c、3c的形成部以外的LED芯片3的上表面、及与该上表面相连的角部3d上。再者，在本说明书中，当涉及与荧光体层相关的“均一或大致均一的厚度”时，所述厚度是指：当使发光装置发光时，不会产生如下所述的“颜色不均”的厚度。
图3是概略性地表示荧光体层4的形成过程中所使用的静电涂布装置30的一例的图。该静电涂布装置30将脉冲电压施加至安装有LED芯片3的基板1与喷雾喷嘴(nozzle)31之间，利用该静电力，将喷雾喷嘴31前端的液体材料(此处为使荧光体粒子分散于液状透明树脂而成的分散液)32作为微小液滴33、例如50μm～100μm的液滴而予以拉出，接着，借由电场来将所述微小液滴33吸引至基板1，从而可将所述液体材料32涂布至基板1上的LED芯片3。在此种静电涂布装置中，使喷雾喷嘴31前端的相对于基板1的位置在水平方向相对地移动，或使所述位置的朝向(角度)相对地发生变化，借此，可将液体材料32涂布至从LED芯片3的上表面至侧面的所需的区域，且使该涂布的液体材料硬化，借此，可形成均一或大致均一的膜(此处为荧光体层4)。在本实施方式中，将液体材料32涂布至除了元件电极3c、3c的形成部以外的LED芯片3的上表面上、及与该上表面相连的角部3d上，在这些区域中形成厚度均一或大致均一的荧光体层4。再者，在图3中，符号34表示脉冲电压产生装置。LED芯片3不会因由所述脉冲电压产生装置34施加至基板1与喷雾喷嘴31之间的脉冲电压而损坏，或该LED芯片3的功能不会因所述脉冲电压而丧失。
作为用于所述静电涂布的液状透明树脂，可列举硅酮(silicone)树脂、环氧(epoxy)树脂等。其中，根据耐光性、耐热性等的观点，优选使用硅酮树脂。
作为荧光体，使用了利用来自LED芯片3的光而激发的各种荧光体。
例如，作为被蓝色光激发的荧光体，可使用发出黄色光或橙色光的荧光体，例如：RE3(Al，Ga)5O12:Ce荧光体(RE表示选自Y、Gd及La的至少一种元素。以下相同)等的YAG荧光体、AE2SiO4:Eu荧光体(AE是Sr、Ba、Ca等碱土类元素。以下相同)等的硅酸盐荧光体、塞隆(sialon)系荧光体(例如CaxSiyAlzON:Eu2+)等的黄色系荧光体、为了使显色性等提高而与此种黄色系荧光体一起被使用的例如RE3(Al，Ga)5O12:Ce荧光体(RE表示选自Y、Gd及La的至少一种元素。以下相同)等的YAG荧光体、AE2SiO4:Eu荧光体(AE是Sr、Ba、Ca等碱土类元素。以下相同)等的硅酸盐荧光体、以及塞隆系荧光体(例如CaxSiyAlzON:Eu2+)、氮化物系荧光体(CASN)(例如CaAlSiN3:Eu)等的红色发光体等。
另外，作为被紫外光激发的荧光体，例如可使用La2O3S:Eu3+荧光体等的含氧硫化物(oxysulphide)荧光体、例如锰活化氟锗酸镁(2.5MgO·MgF2:Mn4+)(Mn activated Mg fluorogermanate)等的锗酸盐系荧光体、氮化物系荧光体(例如AE2Si5N8:Eu或CaAlSiN3:Eu)、氮氧化物系荧光体(例如Y2Si3O3N4:Ce)、塞隆系荧光体(例如AEx(Si，Al)12(N，O)16:Eu)等。根据作为目标的发光装置10的发光色等，适当地选用所述荧光体。
荧光体粒子是使用了微米级的荧光体粒子，即，使用了粒径为数μm～数十μm左右的荧光体粒子。荧光体粒子的平均粒径优选为3μm～20μm，更优选为3μm～10μm。若荧光体粒子的平均粒径不足3μm，则荧光体自身的外部量子效率(external quantum efficiency)会下降，从而导致发光效率下降。另外，若平均粒径超过20μm，则液滴的粒径变大，根据LED芯片3的尺寸，有可能难以按照如上所述的均一的厚度，将所述液滴选择性地涂布至所需的区域。另外，难以预先使平均粒径超过20μm的粒子长时间不沉积地分散在树脂中。
所述荧光体的粒径及平均粒径例如可由激光衍射式粒度分布测定装置求出，平均粒径是在所述装置所测定出的粒度分布中，累计重量达到50％的粒径。
再者，在图1、图2(a)、及图2(b)中，荧光体层4是使用一种分散液而形成为整体均匀的层，所述一种分散液是使一种或两种以上的荧光体粒子均一地分散于液状透明树脂而成，但也可使用组成不同的两种以上的分散液，例如，如图4或图5所示，含有根据区域而有所不同的荧光体等。在图4的例子中，将LED芯片3的上表面分成两个区域，分别形成含有各不相同的荧光体的荧光体层41、42。另外，在图5的例子中，以上下积层的方式，设置有含有不同荧光体的荧光体层41、42。
另外，为了使荧光体层4的导热性提高，可使所述分散液中含有荧光体粒子及无机填料(filler)，该无机填料的导热性良好且具有光透射性。无机填料只要导热性良好且具有光透射性即可，例如使用二氧化硅(silica)、氧化钽(TaO)、及氧化锌(ZnO)等的粉末。可单独地使用这些无机填料，或可混合地使用两种以上的无机填料。优选使用粒径比所使用的荧光体的粒径更小的无机填料。借由使用此种粒径比荧光体的粒径更小的无机填料，可填埋荧光体的粒子之间的间隙，从而可使各荧光体粒子所发出的热向LED芯片传导时的传导性提高。无机填料的粒径例如可由激光衍射式粒度分布测定装置求出。更优选使用具有次微米级(sub-microorder)的粒径，即，数百nm左右的粒径的无机填料。
在如上所述的发光装置10中，利用静电涂布来形成荧光体层4，借此，荧光体层4以大致均一的厚度，形成在除了元件电极3c、3c的形成部以外的LED芯片3的上表面、及与该上表面相连的角部3d上。因此，从荧光体至LED芯片3的热传导良好，可使散热性提高。因此，还能够充分地应对近年来的发光装置的高功率化，可实现大光量、高效率的发光。另外，由于荧光体不会过度地附着，因此，可使荧光体量减少。
而且，由于厚度均一，因此，可抑制颜色不均的产生。另外，若厚度不均一，且未在LED芯片3的角部3d上设置荧光体层4，或该荧光体层4的厚度不充分，则从LED芯片3放射出的光会从角部3d泄漏至外部，例如，在发出蓝色光的LED芯片的情况下，有可能会产生所谓的蓝环(bluering)现象。在本实施方式的发光装置10中，在角部3d也设置有：所需的厚度与上表面的厚度大致相同的荧光体层，因此，不会产生如上所述的蓝环现象。
本实施方式特别具有如下的优点，即：即使LED芯片3为例如0.2mm×0.2mm这样的面积为0.04mm2的微小尺寸的LED芯片，也可以均一的厚度，将该荧光体层4选择性地形成于所需的区域。即，当在如上所述的微小尺寸的LED芯片上，使用例如喷射器法(jet dispenser method)时，由于液滴的尺寸大(最小为200μm左右)，因此，不太可能以均一的厚度，将所述荧光体层4选择性地形成于所需的区域。另外，在喷涂法(spraycoating)中，可借由使用掩模来向选择的区域进行涂布，但该方法原本是大面积地进行涂布的方法，并不适合作为对每个芯片进行涂布的方法。另外，还难以对芯片侧面进行涂布。
相对于此，在静电涂布中，如上所述，可利用50μm～100μm的液滴来进行涂布，因此，即使LED芯片为微小尺寸的LED芯片，也可选择性地以均一或大致均一的厚度来对所需的区域进行涂布。
再者，在本实施方式的发光装置10中，将荧光体层4仅形成于LED芯片3的上表面及角部3d。原因在于：在本实施方式中，将LED芯片3面朝上地搭载在基板1上，在此情况下，LED芯片3的半导体发光层3c存在于上表面侧，来自LED芯片3的光仅会从LED芯片3的上表面、及与该上表面相连的角部3d放出。在本实施方式中，使用静电涂布来形成荧光体层4，借此，也可容易地进行相关的选择性涂布，与将荧光体层设置于LED芯片3的整个表面的情况相比较，可使荧光体的使用量减少，而且可获得具有良好的发光特性的发光装置10。
第二实施方式
图6是表示第二实施方式所制造的发光装置的一例的剖面图，图7是放大地表示所述发光装置的主要部分的剖面图。再者，在本实施方式中，为了避免进行重复的说明，省略或简化与第一实施方式共通的方面的说明，主要对不同点进行说明。
图6及图7所示的发光装置20包括：基板1、形成在该基板1上的配线层(未图示)、作为发光元件的LED芯片3、以及荧光体层4。
在该发光装置20中，LED芯片3面朝下(face down)地搭载于基板1，即，借由桥接芯片安装而搭载于基板1，所述桥接芯片安装是将LED芯片3的元件电极3c直接连接于基板1上的配线层的电极2a。在此情况下，形成于LED芯片3的半导体发光层3b位于基板1侧，从半导体发光层3b射出的光不仅会从上表面(此处，上表面是指形成有元件电极3c的面的相反侧的面)放出，而且还会从侧面放出。因此，在所述发光装置20中，荧光体层4是以将LED芯片3的整个表面予以覆盖的方式而设置，即，设置于LED芯片3的整个上表面上、整个侧面上及整个角部3d上。而且，在本实施方式中，例如，也是利用如图3所示的静电涂布装置30来进行静电涂布，并且，使所述分散液硬化，借此来形成荧光体层4，且将该荧光体层4形成为大致均一的厚度。
再者，虽将图示予以省略，但在本实施方式中，也可也与第一实施方式同样地，使用组成不同的两种以上的分散液，使荧光体层4含有根据区域而有所不同的荧光体等。
另外，为了使荧光体层4的导热性提高，可使分散液中含有荧光体粒子、及导热性良好且具有光透射性的无机填料，例如二氧化硅、氧化钽(TaO)、及氧化锌(ZnO)等的粉末。优选使用粒径比所使用的荧光体的粒径更小的无机填料。
在第二实施方式中，也与第一实施方式同样地，借由静电涂布来形成荧光体层4，因此，可形成为大致均一的厚度，可使从荧光体至LED芯片3的热传导良好，从而可使散热性提高。因此，还能够充分地应对近年来的发光装置的高功率化，可实现大光量、高效率的发光。另外，由于荧光体不会过度地附着，因此，可使荧光体量减少。
而且，由于厚度均一，因此，可抑制颜色不均的产生。另外，还可防止：当在LED芯片3的角部3d上未充分地设置有荧光体层4时的蓝环现象等的产生。
另外，即使LED芯片3为例如0.2mm×0.2mm这样的面积为0.04mm2的微小尺寸的LED芯片，也可将荧光体层4形成为均一的厚度。
在以上所说明的实施方式中，均是对分散液进行静电涂布，借此来形成荧光体层，所述分散液是使荧光体粒子分散于液状透明树脂而成的分散液，但也可使用静电喷雾来代替静电涂布。静电喷雾是借由使液滴带电而实现微小化且进行喷雾的方法，与静电涂布同样地，可形成均一或大致均一的膜(荧光体层)。
然而，在静电喷雾中，由于以从对象物(LED芯片)的上方向下方扩散的方式进行喷雾，因此，稍微难以形成均一的膜直至该对象物的侧面为止。因此，当如所述第二实施方式那样，必须形成荧光体层直至LED芯片的侧面为止时，优选使用静电涂布。当如第一实施方式那样，在LED芯片的上表面及与该上表面相连的角部形成荧光体层时，静电涂布及静电喷雾中的任一个方法均可使用。
以上，已对本发明的若干实施方式及实例进行了说明，但这些实施方式是作为例子而被提示的实施方式，并无对发明的范围进行限定的意图。这些新颖的实施方式能够以其他各种方式来实施，且在不脱离发明的宗旨的范围内，可进行各种省略、替换、以及变更。所述实施方式或其变形包含于发明的范围或宗旨，并且包含于权利要求书所揭示的发明与其均等的范围中。
实例
接着，揭示本发明的具体的实例及其评价结果。
实例1
利用硅酮系接着剂，将多个发出波长为450nm～460nm的蓝色光的蓝色LED芯片(575μm×325μm×170μm，电极垫φ70μm)、接着至设置有Ag配线层的陶瓷基板上，并且借由线接合来使蓝色LED芯片与陶瓷基板上的Ag配线层电性接合。
另外，使被所述蓝色光激发而发光的平均粒径(D50)为11μm的微米级的荧光体，混合且分散于硅酮树脂中。
使用图3所示的静电涂布装置(喷雾喷嘴前端直径：1.6mm)30，将所述分散液静电涂布至所述陶瓷基板上的LED芯片的上表面、及与该上表面相连的角部(电极垫上除外)，使所述分散液硬化之后，制造如出下的发光装置10，该发光装置10具有：厚度大致均一的荧光体层，位在LED芯片的上表面、及与该上表面相连的角部(电极垫上除外)。
使获得的发光装置10发光之后，获得了无颜色不均的光，且也未观察到蓝环现象。
作为比较例1，除了使用喷射器(液滴直径：约为200μm)来代替静电涂布装置30以外，与实例1同样地，尝试制造构成与实例1的构成相同的发光装置，且未能够在LED芯片的上表面、及与该上表面相连的角部(电极垫上除外)形成厚度均一的荧光体层。
即，当将液滴在LED芯片3的上表面的电极垫之间涂布两次时，如图8(a)所示，分散液也会附着于接合线6的部分，从而形成剖面为凹状的荧光体层4A。另外，当将液滴在LED芯片3的上表面的电极垫之间涂布一次时，如图8(b)所示，形成了剖面为凸状的荧光体层4B。在任一个情况下，均几乎未在LED芯片3的角部3d形成荧光体层4B。
使所述比较例1中所获得的发光装置(图8(a)及图8(b)所示的发光装置)发光之后，均看到了颜色不均，而且还观察到了蓝环现象。
实例2
除了使用蓝色LED芯片(200μm×200μm×170μm，电极垫φ70μm)作为LED芯片3以外，与实例1同样地制造发光装置之后，与实例1同样地，可在陶瓷基板上的LED芯片的上表面、及与该上表面相连的角部(电极垫上除外)形成了厚度均一的荧光体层。另外，使获得的发光装置发光之后，获得了无颜色不均的光，且也未观察到蓝环现象。
实例3
使用蓝色LED芯片(800μm×800μm×170μm，电极垫φ150μm)作为LED芯片3，将该LED芯片借由AuSn桥接而芯片接合在陶瓷基板1上，并且，使用图3所示的静电涂布装置(喷雾喷嘴前端直径：1.6mm)30，将以与实例1相同的方式调制的含有荧光体的分散液涂布至：陶瓷基板上的LED芯片的上表面、侧面及所述两个面的角部，并且，使所述分散液硬化之后，制造出如下的发光装置，该发光装置具有：厚度大致均一的荧光体层，位在LED芯片上表面、侧面及角部。使获得的发光装置发光之后，获得了无颜色不均的光，且也未观察到蓝环现象。

Claims (10)

1.一种发光装置的制造方法，其特征在于，包括：
第一步骤，将发光元件(3)搭载在基板(1)上；以及
第二步骤，使微米级的荧光体粒子分散于液状透明树脂，对该分散液进行静电涂布或静电喷雾，而在所述发光元件(3)的上表面形成含有所述荧光体粒子的层，所述微米级的荧光体粒子被从所述发光元件(3)放射出的光激发而发光。
2.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
在所述第一步骤中，所述发光元件(3)是面朝下地搭载在所述基板(1)上，
在所述第二步骤中，从所述发光元件(3)的上表面跨越至侧面，均一地形成包含所述荧光体粒子的层。
3.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
在所述第一步骤中，所述发光元件(3)是面朝上地搭载在所述基板(1)上，
在所述第二步骤中，也在所述发光元件的上表面、及除了该上表面上所设置的元件电极(3c)之外的与所述上表面相连的角部(3d)上，形成包含所述荧光体粒子的层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
在所述第二步骤中，进一步使次微米级的导热性填料及所述荧光体粒子分散于所述分散液。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
所述第二步骤包括：
对分散有第一荧光体粒子的第一分散液进行静电涂布或静电喷雾的步骤；以及
对分散有第二荧光体粒子的第二分散液进行静电涂布或静电喷雾的步骤。
6.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
所述基板(1)具有0.5mm～1.5mm的厚度，且25℃的导热率为30W/m·K以上。
7.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
所述荧光体粒子的平均粒径为3μm～20μm。
8.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
所述荧光体粒子的平均粒径为3μm～10μm。
9.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
所述分散液使用组成不同的两种以上的分散液，且含有根据区域而有所不同的荧光体。
10.根据权利要求1所述的发光装置的制造方法，其特征在于：
所述导热性填料包含：二氧化硅、氧化钽(TaO)、以及氧化锌(ZnO)中的任一种无机填料，且粒径小于所述荧光体的粒径。
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