CN1941431A - 白色发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于白色发光元件及其制造方法，该白色发光元件包括：由相互间隔的一对儿外部引出端子构成，在一个外部引出端子的一端设置杯子形状反射板的引线框；粘接在上述引线框反射板上的发光二极管；电连接上述发光二极管和一对外部引出端子的电线；包裹上述发光二极管，涂在上述反射板上，有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂；包裹上述高分子树脂和全部电线及一部分引线框进行成型的成型部。因此，本发明将有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在发光二极管上来制成白色发光元件，从而不会产生与涂布用树脂的兼容性问题，能够提高发光效率及色坐标。

Description

白色发光元件及其制造方法
技术领域
本发明是关于白色发光元件及其制造方法的技术，是指将有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在发光二极管上来制成白色发光元件，从而不会产生与涂布用树脂的兼容性问题，并且能够提高发光效率及色坐标的一种白色发光元件及其制造方法。
背景技术
通常，发光二极管是小型的，能够发出鲜明色彩的光，初期驱动性能及耐震性好，可象点灯那样进行开(ON)/关(OFF)反复。
由于具有这种性能，所以广泛用于各种显示器或多种光源上。
近来，开发出了超高灰度及高效率的R、G、B发光二极管，而且利用发光二极管的大屏幕发光二极管显示屏也开始普及起来。
这种发光二极管显示屏需要小的电力消耗就可进行操作，具有轻便长寿的优点。
另外，近来人们开始试图利用发光二极管来制成白色发光光源。
由于发光二极管具有单色性最高(peak)波长，因此在设置接近R、G、B三个发光二极管后，必须使其发光并混色，才能利用发光二极管获得白色光。而这样会产生因每个发光二极管的色调或灰度等不规则而难以获得所要白色的问题。
而且为获得白色光，每个R、G、B的发光二极管是使用不同材料制作的，因而存在着随着各发光二极管驱动电压的不同驱动电路变得更为复杂的缺点。
与此同时，由于各发光二极管是使用半导体制造的，因而温度特性不同，而且随着使用环境或者色调变化，难以使从各发光二极管产生的光均匀混色，且经常产生斑点。
即，通过这种三色混色方法来获得白色光无法取得令人满意的结果。
为解决这些缺点，通常使用的方法是在产生特定波长的发光二极管的元件部位涂上含有荧光体的树脂模型(mould)材料，这种方法能获得白色光是通过使荧光体吸收从发光二极管发射的光后发出其它波长的光来获得的。
即，如果在产生蓝色光的发光二极管上涂上含有产生黄色光荧光体的树脂的话，那么发光二极管将产生白色光。
另外，使用紫外区(ultraviolet band)的发光二极管，并分别混合(Blending)R、G、B荧光体(Phosphor)，以此促使在可视光线全波长区域发光来产生白色光。
但是，当仅利用无机黄色荧光体(YAG:Ce)时，发射光的发光光谱因蓝色波长区域的窄顶点和黄色波长的宽顶点产生波长分离现象，由此产生光圈效应(Haloeffect)，从而难以获得完全的白色。
与此同时，在这种迄今为止广为人知的方法中大多是采用利用无机荧光体的方法。
图1是现有技术条件下为制成白色发光元件而将无机荧光体粒子分散的树脂涂在发光二极管上的状态概略概念图。发光二极管通常粘接装配(packaging)在引线框的反射板上。
此时，当发射蓝色光的发光二极管10粘接在引线框20的杯状反射板21上时，通过在反射板21上涂上可分离出黄色无机荧光体粒子31的树脂30，能够获得白色光。
即，从发光二极管10上发射的蓝色光将通过黄色荧光体粒子31产生白色光输出到外部。
在这里，上述无机荧光体由于是利用高分子色散剂制成的，所以会因粒子分散所造成的散乱及分子自身吸收而导致发射光损失。
另外，为防止粒子间的凝聚现象进行表面处理是必不可少的，而且，随着时间的流逝，粒子将成团状，从而造成效率低下。
如图1所示，当分散不能均匀时，将无法得到均匀的发光，而且荧光体的含量越高问题越严重，导致色斑产生，最终使元件效率低下。
图2是现有条件下白色发光元件制造流程的流程图。这种现有技术来自于韩国公开专利2003-0031061号，首先在用于接电的具有复数个端子的引线框上安装一个以上的发光二极管芯片(S20步骤)。
接着，将粒状的无机荧光体和液态的有机荧光体混合起来(S30步骤)，并将上述混合物与树脂组成物混合起来(S40步骤)。
然后，将上述混合的树脂涂在上述发光二极管芯片上后进行密封(50步骤)。
最后，使上述树脂硬化(S60步骤)。
如上所述，从上述发光二极管发射的光通过由混合有荧光体的树脂组成物组成的光变化层，变化成白色光发射到外部，由此制成用于发射白色光的发光元件。
在现有技术条件下，由于将有机荧光体熔化在其它的液态树脂上形成液态的有机荧光体，所以会产生许多问题。
首先，会产生与涂布用树脂的兼容性问题，当存在溶解度差异的情况下分散在涂布用树脂上时，将产生结晶化现象，从而难以得到均匀的色散剂。而且，涂布后，在硬化工序中因残留溶剂或物性不同的液态树脂而产生起泡及裂缝(Crack)现象。
另外，当利用溶解度低的有机荧光体时，随着溶剂量的增多，涂布用树脂的粘度降低，从而难以使涂在发光二极管上的量均匀化，并且随着溶剂的挥发，涂布量将发生变化，从而难以获得均匀的发光效率及色坐标。
与此同时，由于需要额外的溶解过程和混合过程，所以将产生附加的工序，从而导致成本上升。
加之，该液态的有机荧光体含有异物质，而不是由纯正的有机荧光体构成的，所以所包含的异物质将使发光效率低下。
因此，韩国公开专利2003-0031061号所提出的将液态有机荧光体与另外涂布用树脂混合的方法有不妥之处，会产生以上问题。
发明内容
本发明就是为解决上述问题而研究出来的，目的在于提供一种白色发光元件及其制造方法，即：将有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在发光二极管上来制成白色发光元件，从而不会产生与涂布用树脂的兼容性(compatibility)问题，能够提高发光效率及色坐标的白色发光元件及其制造方法。
为实现上述目的，本发明的白色发光元件最好包括以下几个组成部分：由相互间隔的一对儿外部引出端子构成，在一个外部引出端子的一端设置杯子(cup)形状反射板的引线框(lead frame)；
粘接在上述引线框反射板上的发光二极管；
连接上述发光二极管和一对儿外部引出端子的电线(wire)；
包裹上述发光二极管，涂在上述反射板上，有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂；
包裹上述高分子树脂和全部电线及一部分引线框进行成型(moulding)的成型部。
为实现上述目的，本发明的白色发光元件制造方法最好包括以下4个步骤：
形成相互间隔的一对外部引出端子，在一个外部引出端子的一端设置杯子形状反射板的的引线框，反射板上粘接发光二极管的第1步骤；
用电线(wire)连接上述发光二极管和引线框的第2步骤；
为包裹上述发光二极管，将有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在上述引线框上的第3步骤；
为保护上述发光二极管免受外部环境破坏，实施用透明材料包裹引线框一部分的成型工序的第4步骤。
本发明的效果：
本发明的白色发光元件及其制造方法的效果在于：将有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在发光二极管上来获得白色发光元件，从而不会产生与涂布用树脂的兼容性问题，能够有效提高发光效率和色坐标。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
附图说明
图1是现有条件下为制成白色发光元件而将无机荧光体粒子分散的树脂涂在发光二极管上的状态概略概念图。
图2是现有条件下的白色发光元件制造流程的流程图。
图3是本发明将有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在发光二极管上的状态概略概念图。
图4a至图4d是本发明白色发光元件的制造流程断面图。
图5a至图5c是适用于本发明的有机荧光体的代表性结构图。
图6a至图6d是适用于本发明的有机高分子荧光体的代表性结构图。
图7a至图7d是本发明对包含无机荧光体或有机荧光体的高分子树脂被涂布或不被涂布的蓝色发光二极管的发光光谱(spectrum)进行测量的测量图。
图8a至图8c是本发明有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂包裹发光二极管并涂在引线框上的状态断面图。
图9是本发明白色发光元件的断面图。
附图中主要部分的符号说明：
110：发光二极管                120：引线框
120a、120b：外部引出端子       121：反射板
130：高分子树脂                140：电线
150：成型部
具体实施方式
下面参照附图对本发明的白色发光元件及其制造方法实施例进行详细说明。
图3是本发明将有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在发光二极管110上的状态概略概念图。包裹粘接在引线框120杯状反射板121上的发光二极管，并涂布有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂130。
在这里，有机和无机荧光体的作用是吸收从发光二极管110发射的光用以改变波长。
即，从上述发光二极管110发射的光通过高分子树脂130所包含的有机和无机荧光体，而产生白色光发射到外部。
例如，如果上述发光二极管110发射蓝色光的话，那么将内含有绿色和黄色有机、无机荧光体的高分子树脂涂在发光二极管上，发射到外部的光就将成为白色光。而如果上述发光二极管110发射紫外线光的话，那么只要涂布内含有红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)有机荧光体的高分子树脂就行了。
图4a至图4d是本发明白色发光元件的制造流程断面图。首先，如图4a所示，将发光二极管110粘接在引线框120发射板121上。
在这里，引线框120设置有相互间隔的一对外部引出端子120a、120b。
此后，用电线140连接上述发光二极管110和引线框120(图4b)。
然后，为包裹上述发光二极管110，将有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂130涂在上述引线框120反射板121上(图4c)。
在这里，有机荧光体必须使用溶化在高分子树脂中的物质。
因此，有机荧光体使用的是有机低分子荧光体或有机高分子荧光体，它们是可以溶解在高分子树脂中的有机荧光体。
另外，上述无机荧光体最好使用的是包含Ce3+的钇铝石榴石(YAG)荧光体、包含铽(terbium)的TAG荧光体、包含铕(Eu)的Sr2SiO2荧光体中选择的任意一个荧光体。
同时，在图4c的流程中，为制造有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂130，最好首先在将有机荧光体溶化在高分子树脂中之后使无机荧光体分散。
接着，为保护上述发光二极管110免受外部环境破坏，实施用透明材料制成的成型部150包裹引线框120一部分的成型工序(图4d)。
图5a至图5c是本发明有机荧光体的代表性结构图。如图5a所示，橘色(Orange)和红色(Red)有机荧光体可以以DCM(4-dicyano methylene-2-alky1-6-(p-dialkylaminostyry1-4-pyran)系列为例。如图b所示，绿色(Green)和蓝色(Blue)有机荧光体可以以代表性的cumarine(2H-benzo-1-pyran-2-ones)系列为例。
在这里，图5a和图5b所示的R1、R2和R3是指烷基(Alky1)、苯基(Pheny1)、芳基(Ary1)、乙烯基(Viny1)之类的官能团(functional group)。
另外，如图5c所示，黄色(Yellow)有机荧光体可以以二萘嵌苯(perylene)、cumarine系列为例，但并不局限于这些分子。
图6a至图6d是本项发明有机高分子荧光体的代表性结构图。如图6a所示，有机高分子荧光体是橘色(Orange)时，可以以PPV衍生物(derivative)，即poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexylox y)-1，4-phenylenevinylene系列为例。
而且，如图6b所示，绿色(Green)高分子荧光体的代表性分子可以以fluorene和PPV组同时被采用的poly(9，9-dioctyl-2，7-divinylenefluorenylene0-ait-co-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1，4-phenylene))系列为例。
另外，如图6c所示，黄色高分子荧光体虽然可以以poly(9，9-dihexylfluorenyl-2，7-divl-co-(1，4-benzo-(2，1，3)-thiadiazole)))系列为例，但在这里并不局限于举例的分子。
而且，红色高分子荧光体具有图6d所示的结构。
为选定这种有机荧光体，吸收波长和发光波长的匹配(Matching)至关重要，同样热和光的稳定性以及所使用涂布用树脂的溶解性亦十分重要。
以最近开发的有机荧光体为例，在200度以上的高温条件下也具有超常的稳定性，而且使光源的使用波长限制恰到好处，所以不仅对这种光的反应性或者抗老化的耐性而且对多种树脂的溶解度也能充分适合。
与此同时，通过恰当调节有机荧光体的分子结构变化和R、G、B含量比，能够轻而易举地调整(Tuning)所要的色温(Color temperature)和显色指数(Colorrendering index)。
但是，有机荧光体在浓度高的情况下，会因淬火效应(Quenching effect)导致效率低下，有机分子自身的耐热、耐光性脆弱，从而不容易分解。
尽管如此，本发明的有机和无机混合体在充分利用无机荧光体的热和光的稳定性的同时还充分利用有机荧光体的光效率，所以能够最大限度地发挥两种荧光体的优点，取得配合(Synergy)效果，从而能够暂时解决以上的缺点。
表1是高分子树脂对比无机荧光体重量比率的发光效率和色坐标变化表。将无机荧光体分散在高分子树脂上的比率在无机荧光体和分散在高分子树脂上的总重量中，无机荧光体若处在2-9wt％范围以内，则发光效率及色坐标良好。其中CIEx和CIEy分别为CIE颜色系统的2个参数，为公知技术(参见国际标准照明委员会CIE：Commission Internationale d′Eclairage)。
表1
  无机荧光体重量比率   亮度   CIEx   CIEy
  2.5wt％   1.49   0.26   0.24
  4.0wt％   1.70   0.31   0.30
  7.0wt％   1.83   0.37   0.38
  9.0wt％   1.81   0.40   0.41
表2是高分子树脂对比无机荧光体和有机荧光体重量比率的发光效率和色坐标表。在无机荧光体和有机荧光体包含在高分子树脂的总重量中，当无机荧光体重量为3wt％T 5wt％JF，将有机荧光体重量变化成0.0005wt％、0.0012wt％和0.005wt％，这时测量发光效率和色坐标的结果是所有情况下都测量出了良好的值。
表2
  无机荧光体重量比率   有机荧光体重量比率   亮度   CIEx   CIEy
  3.0wt％   0.005   1.72   0.30   0.30
  0.0012   1.94   0.30   0.33
  0.005   2.35   0.36   0.45
  5.0wt％   0.0005   1.95   0.31   0.33
  0.0012   2.08   0.33   0.35
  0.005   2.43   0.38   0.45
如上所述，本发明在有机荧光体和无机荧光体在高分子树脂中所含的总重量中，无机荧光体的重量最好为2---9wt％，有机荧光体的重量最好是0.0001---0.01wt％。
<实施例>
本发明具体实施例的光源使用的是具有465nm波长的蓝色发光二极管，有机发光体使用的是绿色香豆素染料(coumarin dye)，而无机荧光体使用的是含有铽(terbium)的TAG荧光体。
此时，将有机荧光体溶化在高分子树脂中之后，将无机荧光体分散在有机荧光体溶化的高分子树脂中，然后向蓝色发光元件涂上高分子树脂。
此时，当在高分子树脂中荧光体的含量变高时，光量增加，但会大多脱离色坐标范围，不适合获得所要的白色光，所以象上面所述的那样，无机荧光体和有机荧光体在高分子树脂中所含的总重量中，将无机荧光体的重量设定成了2---9wt％范围以内，而将有机荧光体的重量设定成了0.0001---0.01wt％范围以内。
为使这样准备的有机荧光体能够通过完全的分散溶化在热硬化型环氧树脂中，要经过一定时间的搅拌均匀地溶解，然后将一定量的无机荧光体放入溶化有有机荧光体的热硬化型涂布用树脂中，进行充分搅拌以实现完全的分散，由此制造出有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂。
因此，在本发明实施例中，有机荧光体是以溶化在涂布用树脂中的形态存在的，因而不会产生由粒子散乱所造成的光损失，且能够提高光效率。
如上所述，将所制造的有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在蓝色发光二极管上部，在200度条件下进行3个小时以上的硬化过程后就制造出了白色发光元件。
所制造的白色发光元件的发光光谱如图7c所示进行了测量。
同时，图7a作为蓝色发光二极管的蓝色光谱，其最大发光顶点是465nm。
而且，图7b在涂布仅含有无机荧光体的高分子树脂时测量白色光光谱的示意图。由此可知，荧光体的最大发光顶点(Peak)为570nm，偏移(Shift)成红色。
另外，图7c是在涂布含有无机荧光体和有机荧光体的高分子树脂时的白色光光谱示意图。由此可知，与涂布仅含有无机荧光体的高分子树脂的图7b相比，新出现了最大发光顶点540nm。
图7d是图7b和图7c两种白色光光谱重叠图。′A′是指涂布含有有机和无机荧光体的高分子树脂的发光二极管光谱(图7c)，′B′是指涂布仅含有无机荧光体的高分子树脂的发光二极管光谱(图7b)。′A′与′B′相比，能看到受有机荧光体作用绿色光得到很大加强从而全部发光强度增大的效果。
图8a至图8c是本发明有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂包裹发光二极管并涂在引线框的状态断面图。在这里，发光二极管可发出蓝色光或紫外线光，这种发光二极管安装在杯状反射板上，上部涂布有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂130。
此时，涂布的高分子树脂130可包含吸收从发光二极管发出的一部分光后改变波长进而发出荧光的光致发光(Photoluminescence)荧光体。
另外，高分子树脂必须使用高温条件下仍没有长时间黄色化现象的透明材料，而且其耐热、耐光、耐蚀性要好。
因此，高分子树脂最好使用紫外线或热硬化树脂。
而且，高分子树脂130涂布方法如图8a所示，裸露面涂成凸透镜形状，或如图8b所示涂成平面形状，如图8c所示涂成凹透镜形状。
此时，如果涂布的高分子树脂裸露面是凸透镜的话，那么可发出很宽的光，如果是凹透镜的话，则可集聚光进行发射。
图9是本发明的白色发光元件断面图。该白色发光元件包括以下几个组成部分：由相互间隔的一对儿外部引出端子120a、120b组成，在一个外部引出端子120b的一端设置杯状反射板121的引线框120；粘接在上述引线框120反射板上的发光二极管110；加电连接上述发光二极管110和引线框120外部引出端子120a、120b的电线140；包裹上述发光二极管并涂在上述反射板上的有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂130；包裹上述高分子树脂130、电线140、高分子树脂和引线框一部分进行成型的成型部150。
此时，上述成型部150的成型材料可使用高温条件下没有长时间黄色化现象的透明树脂即环氧树脂和硅氧烷树脂。另外，根据需要，在成型部的树脂内最好包含光稳定剂、防氧化剂和热稳定剂中选择的一个以上的物质。
在这里，热稳定剂最好使用钡锌(barium zinc)或钙-锌(calcium-zinc)，防氧化剂最好使用苯酚(Phenol)、含硫的(Thio)磷的(Phosphorous)中选择的某一个材料。
而且，如果上述成型部150包含有机和无机荧光体的话，那么从发光二极管发出的光则在含在高分子树脂中的有机和无机荧光体中发生光变化，然后进行发射。
所以本项发明的白色发光元件能够发出白色光。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (10)

1、一种白色发光元件，其特征在于包括以下几个组成部分：
由相互间隔的一对外部引出端子构成，在一个外部引出端子的一端设置杯子形状反射板的引线框；
粘接在上述引线框反射板上的发光二极管；
通电连接上述发光二极管和一对外部引出端子的电线；
包裹上述发光二极管，涂在上述反射板上的有机荧光体熔化、无机荧光体分散的高分子树脂；
包裹上述高分子树脂和全部电线及一部分引线框进行成型的成型部。
2、如权利要求1所述的白色发光元件，其特征在于：
上述有机荧光体是指有机低分子荧光体或者有机高分子荧光体。
3、如权利要求1所述的白色发光元件，其特征在于：
上述无机荧光体是指含有Ce3+的YAG荧光体或是含有铽的TAG荧光体或是含有Eu的Sr2SiO2荧光体。
4、如权利要求1或2或3所述的白色发光元件，其特征在于：
上述成型部内还包含光稳定剂、防氧化剂、热稳定剂中选择的一个以上的物质。
5、如权利要求1或2或3所述的白色发光元件，其特征在于：
在含有上述无机荧光体和有机荧光体的高分子树脂的总重量中，无机荧光体重量为2---9wt％，有机荧光体重量为0.0001---0.01wt％。
6、一种白色发光元件制造方法，其特征在于包括以下4个步骤：
第1步骤，由相互间隔的一对外部引出端子组成，在一个外部引出端子的一端设置杯子形状反射板的引线框，反射板上粘接发光二极管；
第2步骤，用电线连接上述发光二极管和引线框；
第3步骤，为包裹上述发光二极管，将有机荧光体溶化、无机荧光体分散的高分子树脂涂在上述引线框上；
第4步骤，为保护上述发光二极管免受外部环境破坏，实施用透明材料包裹引线框一部分的成型工序。
7、如权利要求6所述白色发光元件制造方法，其特征在于：
上述第3步骤的高分子树脂按顺序进行将有机荧光体溶化在高分子树脂中的工序及分散无机荧光体的工序。
8、如权利要求6所述白色发光元件制造方法，其特征在于：
如果上述发光二极管发出蓝色光的话，那么在上述第3步骤的高分子树脂内则包含有绿色有机和无机荧光体。
9、如权利要求6所述白色发光元件制造方法，其特征在于：
如果上述发光二极管发出紫外线光的话，那么上述第3步骤的高分子树脂内则均匀地包含有红色、绿色和蓝色有机和无机荧光体。
10、如权利要求6所述白色发光元件制造方法，其特征在于：
上述第3步骤所要涂布高分子树脂的裸露面呈凸透镜形状或是平面形状或是凹透镜形状。
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