JP2013141667A

JP2013141667A - 蛍光体ディスペンサー

Info

Publication number: JP2013141667A
Application number: JP2012275138A
Authority: JP
Inventors: Hun-Yong Park; 憲勇朴; Ho-Moon Lee; 豪文李; Shuko Kim; 秋浩金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-07-22
Also published as: DE102012112915A1; CN103191850B; KR101369364B1; TW201328781A; DE102012112915B4; CN103191850A; TWI571308B; KR20130081470A; US9463479B2; DE102012112915A8; US20130175369A1

Abstract

【課題】タペット及びノズルの摩耗特性を改善した蛍光体ディスペンサーを提供する。
【解決手段】蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーは、蛍光液を収容する空間を含み、蛍光液が吐出される開口部が空間に露出したノズルと、ノズルに対して往復直進運動をしながらノズルとの間の蛍光液をノズルから吐出せるタペットと、を備え、タペットは、シリンダー形状の円筒部と、円筒部からノズルに向かって凸状に形成された半球形状の凸部と、を備え、凸部は、多結晶ダイヤモンド（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）で形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子パッケージに蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーのタペット及びノズル構造に関する。

発光素子チップ、例えば、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、化合物半導体（ＣｏｍｐｏｕｎｄＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）のＰＮ接合を通じて発光源を構成することによって、多様な色の光が具現できる半導体素子を称する。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、寿命が長く、小型化及び軽量化が可能であり、光の指向性が強く、低電圧駆動が可能であるという長所がある。また、ＬＥＤは、衝撃及び振動に強く、予熱時間及び複雑な駆動が不要であり、多様な形態にパッケージングでき、様々な用途に適用可能である。

白色光を放出する発光素子を具現するために、一般的に、ブルーＬＥＤ上にイエロー蛍光体、又はグリーン蛍光体及びレッド蛍光体が混合された蛍光体を含む蛍光層を形成する。蛍光層は、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂に蛍光体を混合した蛍光液を、蛍光体ディスペンサーを利用して発光素子チップ上に塗布した後、乾燥過程を経て発光素子パッケージを形成する。

蛍光体ディスペンサーは、蛍光液が吐出されるノズルと、ノズルに向かって移動しながら蛍光物質をノズルに押すタペットと、を含む。

従来のタペット及びノズルは、耐摩耗性に優れた超硬合金、例えば、炭化タングステンや耐摩耗性セラミック、例えば、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化ジルコニウムで形成される。

しかし、タペット及びノズルは、反復的な高速往復運動時に蛍光体によって摩耗し、これにより、蛍光液の定量吐出が難しくなり、交換周期が短くなる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーにおいて、蛍光液の吐出過程で蛍光液の蛍光体によって摩耗するタペット及びノズルの摩耗特性を改善した蛍光体ディスペンサーを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーは、前記蛍光液を収容する空間を含み、前記蛍光液が吐出される開口部が該空間に露出したノズルと、前記ノズルに対して往復直進運動をしながら該ノズルとの間の前記蛍光液を該ノズルから吐出させるタペットと、を備え、前記タペットは、シリンダー形状の円筒部と、前記円筒部から前記ノズルに向かって凸状に形成された半球形状の凸部と、を備え、前記凸部は、多結晶ダイヤモンド（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ：ＰＣＤ）で形成される。

前記凸部は、複数のダイヤモンド粒子及びバインダーを含む。
前記複数のダイヤモンド粒子は、平均粒径が１．０〜１．７μｍである。
前記バインダーは、前記複数のダイヤモンド粒子を含む全体重量で８〜１６ｗｔ．％である。
前記凸部と前記円筒部との間には、これらを結合させるバインダーが介在する。
前記円筒部は、炭化タングステン又は耐摩耗性セラミックで形成される。
前記ノズルは、少なくとも前記凸部に対応し、前記空間と接触する凹部が多結晶ダイヤモンドで形成される。
本発明の一側面によると、前記円筒部及び前記凸部は、一体型に形成されて前記凸部の表面のみが多結晶ダイヤモンドコーティングで形成される。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーは、前記蛍光液を収容する空間を含み、前記蛍光液が吐出される開口部が該空間に露出したノズルと、前記ノズルに対して往復直進運動をしながら該ノズルとの間の前記蛍光液を該ノズルから吐出せるタペットと、を備え、前記タペットは、長手方向に長溝が形成されたシリンダー形状の円筒部と、前記ノズルに向かって凸状に形成された半球形状を有し前記円筒部上で前記長溝に対応して前記半球形状に対向するように延びた延長部を有する凸部と、を備え、前記凸部は、多結晶ダイヤモンド（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）で形成される。

本発明によれば、蛍光体ディスペンサーのタペット及びノズルの寿命が延長する。
また、蛍光液の定量吐出が可能になり、発光素子パッケージの色散布が改善される。特に、耐摩耗性が向上したタペット及びノズルの使用によって粒径の大きい蛍光体粒子の粉砕が効率的に行われて、色散布が更に改善される。

本発明の一実施形態による蛍光体ディスペンサーの一部構造を概略的に示す断面図である。図１のノズル及びタペットの一部を拡大した断面図である。ダイヤモンド粒子の間にバインダーを分布させた後、ダイヤモンド粒子と共に焼結してＰＣＤを形成した状態を例示的に示す模式図である。図２の構造を有する従来のタペット及びノズルにおいて、主に摩耗が発生する領域を示す図である。従来の方法でノズルを炭化タングステンで形成してタペットの凸部を酸化ジルコニウム及び炭化タングステンでそれぞれ形成した場合と、本発明によってタペットをＰＣＤで形成した場合のタペットの耐久性を実験した結果とを示すグラフである。本発明の他の実施形態によるノズルの構造を示す断面図である。本発明の更に他の実施形態によるノズルの構造を示す断面図である。本発明の他の実施形態による蛍光体ディスペンサーのタペットの一部を概略的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表し、各構成要素のサイズや厚さは、説明の明瞭性のために誇張している。以下で、“上”又は“上部”という用語は、ある層上に直接接触して配された場合だけでなく、接触せずに離れて上に配される場合、他層を介して上に配される場合を含む。

図１は、本発明の一実施形態による蛍光体ディスペンサー１００の一部構造を概略的に示す断面図である。

図１を参照すると、蛍光液が吐出される開口部１１２が中央に形成されたノズル１１０がノズルホルダー１２０に装着されて固定されている。ノズルホルダー１２０の内周には、ノズルホルダー固定部１３０が配される。ノズルホルダー１２０は、ノズルホルダー固定部１３０によって固定される。ノズルホルダー１２０及びノズルホルダー固定部１３０は、それぞれ相互に接触する面にネジ構造が形成されて、ノズルホルダー１２０がノズルホルダー固定部１３０にネジ結合される。ノズルホルダー固定部１３０の一側には、蛍光液注入口１３２が形成される。

タペット１４０は、ノズル１１０の凹部１１４（図２参照）に対応して形成された凸部１４２と、凸部１４２と連結されたシリンダー形状の円筒部１４４と、を含む。

タペット１４０には、図１で、タペット１４０を矢印Ｂ方向（図１で、上方）に移動させる第１力と、タペット１４０を矢印Ｃ方向（図１で、下方）に移動させる第２力と、が与えられる。図１には、第１力として圧縮バネ１６０を開示しており、第２力に力が加えられることを例示している。

また、図１を参照すると、タペットシーリング（ノズルホルダー固定部１３０）の上部には、第１固定部材１６２がノズルホルダー固定部１３０に固定されて配される。タペット１４０の上部には、タペット１４０に固定された第２固定部材１４５が形成される。第１固定部材１６２及び第２固定部材１４５の間でタペット１４０の外周には、圧縮バネ１６０が巻き込まれており、タペット１４０を矢印Ｂ方向に弾性バイアスさせる。第２固定部材１４５上には、ピエゾアクチュエータ１７０が配されている。

ピエゾアクチュエータ１７０に電圧が印加されていない状態で、タペット１４０は、圧縮バネ１６０の力で第１固定部材１６２から矢印Ｂ方向に力を受けるため、凸部１４２は、ノズル１１０から離隔する。この時、第１領域Ａ１からの蛍光液がノズル１１０の開口部１１２を満たす。

次いで、ピエゾアクチュエータ１７０に電圧を印加すると、ピエゾの力によってタペット１４０が矢印Ｃ方向に移動しながら、突出部がノズル１１０にある蛍光液を押し、これによって、蛍光液が開口部１１２から吐出される。

図１は、タペット１４０を往復運動させる力を例示したものであり、本発明は、これに限定されない。例えば、圧縮バネ１６０が下方にバイアスされるように配され、アクチュエータ１７０でタペット１４０を上方に移動させることもできるが、詳細な説明は省略する。

図２は、図１のノズル１１０及びタペット１４０の一部を拡大した断面図である。図２は、蛍光液を吐出する前の状態を示す。

図２を参照すると、ノズル１１０の凹部１１４は、蛍光液を収容し、開口部１１２と連通する空間を提供する。

タペット１４０の往復運動時に、蛍光液内の蛍光体との摩耗が生じる部分は、凸部１４２の表面である。また、ノズル１１０も、蛍光液との摩擦によって主に摩耗される部分は、凹部１１４である。凸部１４２の摩耗程度は、半径の長さ、特に凹部１１４の面とほぼ垂直して接触する部位の半径ｒの減少から分かる。

本実施形態によるタペット１４０は、シリンダー形状の円筒部１４４と、円筒部１４４からノズル１１０に向かって凸状に突出した凸部１４２と、を含む。凸部１４２は、半球形状である。

円筒部１４４は、炭化タングステンで製造される。

凸部１４２は、多結晶ダイヤモンド（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ：ＰＣＤ）で形成される。ＰＣＤは、ダイヤモンド粒子及びバインダーを整形した後、これを高圧、高温で焼結して製造する。ダイヤモンド粒子は、平均粒径が約１〜１．７μｍであり、０．７〜２μｍ範囲のサイズを有する。

ダイヤモンド粒子を整形するために、バインダーを使用する。バインダーは、ダイヤモンド粒子の間でダイヤモンド粒子を結合させる。バインダーには、コバルト、クロム、ニッケル、マンガン、タンタリウム、鉄、炭化チタンを単独又はこれらの混合物を使用する。

図３は、ダイヤモンド粒子間にバインダーを分布させた後、ダイヤモンド粒子と共に焼結してＰＣＤを形成した状態を例示的に示す模式図である。図３を参照すると、バインダーによってＰＣＤ粒子が結合され、また、ＰＣＤ粒子間でも結合（ボンディング）が発生する。

ダイヤモンド粒子が２μｍ以上の直径を有し、約２〜１６μｍの直径の蛍光体粒子によって相対的に硬度の低いバインダーが摩耗し、このような摩耗が進むと、ダイヤモンド粒子間の結合が崩れて、タペット１４０の凸部１４２の一部が壊れることもある。

バインダー量は、ダイヤモンド粒径によってその量が変わる。バインダー量は、全体重量の約８〜１６ｗｔ．％が使用される。

円筒部１４４にＰＣＤからなる凸部１４２を結合するためには、バインダー１４６をその間に介在させた後、高圧、例えば８０，０００ｂａｒで電気的に溶接して約１４００℃でバインダー１４６を溶融させて、これらを結合させる。バインダー１４６として、コバルト又は上述したバインダー物質が使われる。

一方、タペット１４０の凸部１４２をＰＣＤで製造することによって、タペット１４０の耐摩耗性が向上するが、ノズル１１０を従来の超硬合金又は耐摩耗性セラミックで製造した場合、ノズル１１０の耐摩耗性は相対的に向上しないので、蛍光液の定量吐出が困難になり、ノズル１１０の寿命が短縮する。これを防止するために、タペット１４０の凸部１４２のように、ノズル１１０もＰＣＤで形成する。ＰＣＤでノズル１１０を作る場合、ダイヤモンド粒子のサイズ、バインダー量、及び種類は、実質的に凸部１４２と同じであるので、詳細な説明は省略する。

一方、凸部１４２及びノズル１１０は、シングルダイヤモンドで製造することもできる。

図４は、図２の構造を有する従来のタペット及びノズルにおいて、主に摩耗が発生する領域を示す図である。

図４を参照すると、タペット１４０が炭化タングステン又は酸化ジルコニウムなどの耐摩耗性セラミックで製造され、ノズル１１０が炭化タングステンで製造された場合、主に摩耗する領域は、ノズル１１０の凹部１１４と凸部１４２とが互いに出合う領域である。図４で、これら領域を黒く示した。距離ｄは、凸部１４２の半径で最も摩耗が進む領域の残りの部分の長さを表す。

図５は、従来の方法でノズル１１０を炭化タングステンで形成してタペット１４０の凸部１４２を酸化ジルコニウム及び炭化タングステンでそれぞれ形成した場合と、本発明によってタペット１４０をＰＣＤで形成した場合のタペット１４０の耐久性を実験した結果とを示すグラフである。

図５で、横軸は、タペット１４０の往復回数（ｓｈｏｔ）を示し、縦軸は、図４でノズル１１０の凹部１１４と接触し、最も大きく摩耗する部分の距離ｄ（図４）を表す。

図５を参照すると、距離ｄが０．６２ｍｍ以下である場合は、吐出力が低下するため、タペットを交換する。従来の酸化ジルコニウム材質のタペットは１００万ｓｈｏｔの前にタペットの摩耗が激しくなり、炭化タングステンの場合は約４３０万ｓｈｏｔの前にタペットの摩耗が激しくなってタペットの寿命が尽きるのに比べて、本発明のように、多結晶ダイヤモンドを使用する場合、１０００万ｓｈｏｔでもタペットの摩耗がほとんど発生しなかった。

上述した実施形態では、凸部１４２、ノズル１１０がＰＣＤで形成されたものを例示したが、本発明は、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、凸部１４２の母材を超硬材質の炭化タングステン、又は耐摩耗性材質の酸化ジルコニウム、炭化シリコン、窒化シリコンで形成し、その表面にＰＣＤコーティングを形成することもできる。ＰＣＤコーティングは、ダイヤモンド粒子の間にバインダーが混合されたものを称する。

凸部１４２の表面にＰＣＤコーティングが形成された場合、円筒部１４４及び凸部１４２の本体は、一体型に形成される。

ノズル１１０も、凸部１４２のように、母材を超硬材質の炭化タングステン、又は耐摩耗性材質の酸化ジルコニウム、炭化シリコン、窒化シリコンで形成し、ノズル１１０の凹部１１４の表面にＰＣＤコーティングを形成することもできる。

図６は、本発明の他の実施形態によるノズル２１０の構造を示す断面図である。

図６を参照すると、ノズル２１０の凹部２１４は、蛍光液を収容し、開口部２１２と連通する空間を提供する。蛍光液によって主に摩耗する部分である第１部分２２１のみをＰＣＤで形成し、残りの第２部分２２２を超硬材質で形成する。これらの第１部分２２１と第２部分２２２との接合は、バインダー２２４を利用して上述した電気的な溶接方法を使用する。ここで、その詳細な説明は省略する。

図７は、本発明の更に他の実施形態によるノズル３１０の構造を示す断面図である。

図７を参照すると、ノズル３１０は、凹部３１４を覆い包む第１部分３２１と、開口部３１２を覆い包む第２部分３２２と、で形成される。ノズル３１０の凹部３１４は、蛍光液を収容し、開口部３１２と連通する空間を提供する。第１部分３２１は、第２部分３２２上でバインダー３２４によって結合（ボンディング）される。蛍光液によって主に摩耗する部分である凹部３１４を含む第１部分３２１のみをＰＣＤで形成し、第２部分３２２は、超硬材質で形成する。

図８は、本発明の他の実施形態による蛍光体ディスペンサーのタペット４４０の一部を概略的に示す断面図である。上述した実施形態の構成要素と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。

図８を参照すると、タペット４４０は、ノズル１１０（図１参照）の凹部１１４（図１参照）に対応して形成された凸部４４２と、凸部４４２と連結されたシリンダー形状の円筒部４４４と、を備える。円筒部４４４で凸部４４２に対向する面には、タペット４４０の長手方向に長溝４４４ａが形成されている。凸部４４２には、長溝４４４ａに対応して凸部４４２から延びた延長部４４２ａが形成されている。

円筒部４４４は、炭化タングステンで製造される。凸部４４２は、ＰＣＤで形成される。ＰＣＤは、ダイヤモンド粒子及びバインダーを整形した後、これを高圧、高温で焼結して製造する。ダイヤモンド粒子は、平均粒径が約１〜１．７μｍであり、０．７〜２μｍ範囲のサイズを有する。

ＰＣＤからなる凸部４４２を製造する際、ダイヤモンド粒子とバインダーとを混合して整形した後、焼結する。バインダーは、ダイヤモンド粒子間でダイヤモンド粒子を結合させる。バインダーとしては、コバルト又は上述したバインダー物質を使用する。

円筒部４４４と凸部４４２との結合のために、バインダー４４６をその間に介在させた後、高圧、例えば８０，０００ｂａｒで電気的に溶接して、約１４００℃でこれらを結合する。図８で、４４６は焼結されたバインダーを表す。

図８では、凸部４４２の本体が全部ＰＣＤで形成されたものを例示したが、本発明は、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、凸部４４２の母材が超硬材質の炭化タングステン、又は耐摩耗性材質の酸化ジルコニウム、炭化シリコン、窒化シリコンで形成され、その表面にＰＣＤコーティングが形成され得る。

以上、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明は、発光素子製造関連の技術分野に好適に適用可能である。

１００蛍光体ディスペンサー
１１０、２１０、３１０ノズル
１１２、２１２、３１２開口部
１１４、２１４、３１４凹部
１２０ノズルホルダー
１３０ノズルホルダー固定部
１３２蛍光液注入口
１４０、４４０タペット
１４２、４４２凸部
１４４、４４４円筒部
１４５第２固定部材
１４６、２２４、３２４、４４６バインダー
１６０圧縮バネ
１６２第１固定部材
１７０ピエゾアクチュエータ
２２１、３２１第１部分
２２２、３２２第２部分
４４２ａ延長部
４４４ａ長溝

Claims

蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーであって、
前記蛍光液を収容する空間を含み、前記蛍光液が吐出される開口部が該空間に露出したノズルと、
前記ノズルに対して往復直進運動をしながら該ノズルとの間の前記蛍光液を該ノズルから吐出させるタペットと、を備え、
前記タペットは、
シリンダー形状の円筒部と、
前記円筒部から前記ノズルに向かって凸状に形成された半球形状の凸部と、を備え、
前記凸部は、多結晶ダイヤモンド（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）で形成されることを特徴とする蛍光体ディスペンサー。
前記凸部は、複数のダイヤモンド粒子及びバインダーを含むことを特徴とする請求項１に記載の蛍光体ディスペンサー。
前記複数のダイヤモンド粒子は、平均粒径が１．０〜１．７μｍであることを特徴とする請求項２に記載の蛍光体ディスペンサー。
前記バインダーは、前記複数のダイヤモンド粒子を含む全体重量で８〜１６ｗｔ．％であることを特徴とする請求項２に記載の蛍光体ディスペンサー。
前記凸部と前記円筒部との間には、これらを結合させるバインダーが介在することを特徴とする請求項１に記載の蛍光体ディスペンサー。
前記円筒部は、タングステン炭化又は耐摩耗性セラミックからなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体ディスペンサー。
前記ノズルは、少なくとも前記凸部に対応し、前記空間と接触する凹部が多結晶ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体ディスペンサー。
前記円筒部及び前記凸部は、一体型に形成されて前記凸部の表面のみが多結晶ダイヤモンドコーティングで形成されることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体ディスペンサー。
蛍光液を吐出する蛍光体ディスペンサーであって、
前記蛍光液を収容する空間を含み、前記蛍光液が吐出される開口部が該空間に露出したノズルと、
前記ノズルに対して往復直進運動をしながら該ノズルとの間の前記蛍光液を該ノズルから吐出させるタペットと、を備え、
前記タペットは、
長手方向に長溝が形成されたシリンダー形状の円筒部と、
前記ノズルに向かって凸状に形成された半球形状を有し前記円筒部上で前記長溝に対応して前記半球形状に対向するように延びた延長部を有する凸部と、を備え、
前記凸部は、多結晶ダイヤモンド（ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）で形成されることを特徴とする蛍光体ディスペンサー。
前記ノズルは、少なくとも前記凸部に対応し、前記空間と接触する凹部が多結晶ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項９に記載の蛍光体ディスペンサー。