JP5404920B2 - Ledパッケージ構造に均一蛍光材料層を形成する方法及び装置 - Google Patents
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Description
・高充填密度の薄い粒子層の形成が困難であるため、塗布層には高い割合で接着剤材料が含まれている。一般的に、該接着剤材料が良好な熱導体ではないため、パッケージにおける放熱がさらに困難となる。
・表面に均一性に優れた層を大面積で形成することが困難である。
・製造プロセスにおいては導電表面が必要である。非導電表面に使用した場合、化学的工程を別途必要とするため、製造プロセスの複雑性が高まる。
b)静電荷を予め導電表面に発生させ、誘電表面を電荷を帯びた導電表面と接触させることにより静電荷を誘電表面に転移させる。従って、粉体粒子は、誘電表面に直接引き付けられることができ、又は、
c)静電荷をプレス部材の導電表面及びレセプターの誘電表面に同時に発生させることができる。蛍光粉体粒子がまず電荷を帯びた導電表面に付着し、そして、導電表面がレセプターの誘電表面に近づいて、蛍光粉体粒子がレセプターの誘電表面に転移した場合、該導電表面上の電荷が除去される。
図1A、1B、1C及び1Dは、本発明に係る一実施例の中間製造工程において、蛍光体が塗布されたレンズの簡易断面図を示す。この実施例によれば、蛍光粒子は、プレス部材表面に引き付けられ、静電荷は、該プレス部材又は該プレス部材とレンズの両方の表面に発生する。図1に示すように、レンズ1の半球状表面32に、接着剤材料2の薄層が予め塗布される。レンズ1は、対象となる波長に対して実質的に透明であるいかなる材料からなってもよい。例を挙げれば、レンズ材料は、シリコン、エポキシ樹脂、ガラス、熱硬化物、熱可塑性プラスチック又はその他のいかなる種類のLEDパッケージ材料であってもよい。ピストン3を表面32まで押し上げることにより、接着剤材料2をレンズ1の内表面(表面32)に塗布することができる。そして、加熱することにより接着剤材料2の一部を硬化させるか、又はBステージエポキシ樹脂を接着剤材料2として使用することができる。ピストン表面31は、レンズ1の半球状表面32と類似した曲率を有するように成形され、これにより前記接着剤材料2をレンズ1に均一に塗布することができる。
図2A、2B及び2Cは、本発明に係る他の実施例のレンズ表面に均一な蛍光塗布を形成する方法の簡易断面図を示す。静電荷は、レンズ側のレンズの内表面に印加され、該内表面には不完全硬化の接着剤材料又はBステージポリマーが予め塗布される。レンズ内表面を、レンズ内表面と同一の曲率を有する帯電金属表面(例えばピストン3)と接触させることにより、レンズ内表面に静電荷を発生させることができる。そして、蛍光粒子を該レンズの内表面に付着させる。ピストン6を例えば150℃に加温し、又はレンズ全体を加熱し、ピストン6を押し上げることにより、蛍光粒子を接着剤表面34に圧着する。同一の工程を繰り返して行うことにより、複数層の蛍光粒子含有層を形成することができる。形成された粒子含有層を保護し、後続の製造過程の処理においてそれが損傷しないようにするための保護コーティングとして、必要に応じて別途接着剤材料層を粒子含有層に塗布することができる。
図3A、3B、3C及び3Dは、本発明に係る他の実施例のレンズ表面に均一な蛍光塗布を形成する方法の簡易断面図を示す。接着剤材料は、不完全硬化又はBステージポリマーによりピストン表面31に堆積される。
図4A、4B、4C及び4Dは、本発明に係る他の実施例ののレンズ表面に均一な蛍光塗布を形成する方法の簡易断面図を示す。本実施例において、接着剤材料は、粒子状となっており、蛍光粉体粒子と予め混合される。該接着剤粒子は、シリコン、又は適宜混合されたA及びB部分のエポキシ樹脂微細粒子、又はガラス、熱可塑性プラスチック、熱硬化物又はBステージポリマーの微細粒子であってもよい。静電荷をピストン表面(図4Aに示す)、レンズ表面(図4Bに示す)又はピストン3とレンズとの両方の表面(図4Cに示す)に発生させることができる。
特に本発明に係る一実施例では、製造工程において、表面領域32における一部のレンズ1の材料は、粒子含有層を結合する接着剤材料として用いられることが可能である。従って、接着剤塗布工程を省略することにより粒子塗布過程を簡素化させることができる。レンズの形成過程(例えば射出成形、圧縮成形又はトランスファー成形)において、シリコン、エポキシ樹脂、Bステージポリマー、ガラス、熱硬化物又は熱可塑性プラスチックは、いずれもレンズ材料として選択されることができる。
まず、蛍光体層を単一の支持キャリア、例えばシリコン、ガラス、熱可塑性プラスチック又はその他任意の種類のLEDパッケージ材料に形成する。そして、蛍光体層を含有したキャリアをレンズに固定する。前述した方法のいずれかを使用して、単一のキャリアに均一な蛍光粒子層(蛍光体層)を形成することができる。
本発明に係る他の実施例によれば、上述した均一粒子層を形成する工程を簡単に繰り返して行うことにより蛍光粒子含有層を形成することができ、さらには、図7に示すように同一の物体表面には、種類の異なる蛍光材料(赤色、緑色、黄色、琥珀色等)の蛍光粒子含有層を形成することができる。そして、互いに分離した複数層の蛍光材料層(蛍光粒子含有層)が、塗布表面に均一に形成される。従って、本発明に記載された複数層の蛍光粒子含有層の形成のための製造工程は、異なる蛍光材料の層順序を自由に変更可能であり、これにより、光透過層構造中に異なる蛍光材料が堆積された場合、光吸収特性を変更することでLED応用面での光学特性、例えば演色評価数(color rendering index、CRI)又は変換効率等を調整することができる。
他の実施例において、本願の製造工程技術は、適当でかつ対応するプレス部材を使用することにより蛍光粒子含有層を下記の各種形状の表面に塗布することに用いることができる。
・凸面:例えば図8D及び8Eに示すレンズ又は蓋体の外表面、及び
・平面又は板体:例えば図8F及び図8Gに示す平面又は板体。
また、ある実施例において、上述した技術は、平坦表面、例えば平面パネル、集積LEDサブマウントウェハ(populated LED submount wafers)又は可撓性を有する積層片等に、均一粒子含有層を大面積に形成することができる。これらの実施例において、プレス部材は、平面状(図9Aに示す)又はローラー89(図9Bに示す)であり、最適なスループットを達成することができる。平面状のプレス部材を使用した場合、前記製造工程により平坦表面に均一粒子含有層を形成することができる。
図10は、本発明に係る一実施例による、表面に均一塗布を形成するための装置の簡易図を示す。図10に示すように、本発明に係る実施例のピストンシステム6は、製造工程において静電荷によって引き付けられる蛍光粉体粒子の量をモニターするためのLED光源11を含む。LED光源の波長に対して高透明度を有する材料(例えばガラス)をピストン材料として選択することができる。透明の導電材料、例えばインジウムスズ酸化物(Indium Tin Oxide;ITO)を表面の頂部に塗布することができる。
特に、本発明に係る実施例において、蛍光粉体(性質の異なる単一又は複数層の蛍光粉体粒子を含む)は、液状の接着剤材料(例えばシリコン、エポキシ樹脂、熱可塑性プラスチック又は任意のレンズ材料)と混合することができる。この実施例において、蛍光粒子粉体は、液状の接着剤材料(例えばシリコン、エポキシ樹脂等)と混合される。
特に、本発明に係る一実施例において、蛍光層において高度に充填される粒子は、シート表面に形成され、又はシートに埋め込まれることができる。
図17Aないし図17Dは、本発明に係る一実施例による、表面に均一蛍光粒子を形成する方法の簡易断面図を示す。本発明に係る一実施例において、図17Dに示すように、蛍光粉体粒子は、表面上に生成された静電荷によって引き付けられ、それによって帯電表面に均一に分布された蛍光粒子層が形成される。蛍光粒子を引き付けるフローについては後述する。同様の方法は、いかなる種類の粒子にも適用することができる。
前述したある実施例のように、蛍光粒子は、容器115内に設けられる。容器115内における蛍光粉体は、単一又は複数種の蛍光体を含み、所定の割合で容器内において混合され、必要とされる色点及び光学特性が提供される。
図20Aないし図20Dは、本発明に係る一実施例による、蛍光粒子を未硬化のレンズ材料表面に付着させる方法の簡易断面図を示す。図20Aにおいて、上金型150の形状は、レンズ内表面に形成されようとする蛍光粒子層の所要形状に対応する。該上金型プレス部材150は、前述した方法により蛍光粉体を引き付ける。金型の一部156は、静電荷を帯びており、前記粒子を引き付ける。該上金型の外部155が非帯電であるため、前記粒子は、プレス部材のみに付着する。
・固体薄膜:例えばBステージシリコン、エポキシ樹脂、ガラス又は熱可塑性プラスチック、
・パッケージ材料自体:例えばBステージポリマー、ガラス、熱可塑性プラスチックであり、パッケージ体の付着界面は、粒子を固定するために、温度が高くなると部分的に溶融又は軟化される。又は、
・微細粒子:蛍光粒子と予め混合され、粒子付着過程において、粒子をパッケージ体の表面に固定するために、温度が高くなると溶融又は軟化される。
ある実施例において、レンズ表面を予めクリーニングすることにより蛍光粒子のレンズ表面に対する付着力を改善する必要がある。蛍光粒子が付着される前には、大気圧力下で発生し且つmm又はそれよりも小さい範囲内に制限されるマイクロプラズマを予め使用し、レンズの表面を部分的にクリーニングすることにより、粒子のレンズ表面に対する付着力を改善することができる。
・粒子に電極形状と類似した頂部表面を形成する工程、
・電極表面と粒子頂部との間を等ピッチに維持し、成形後の粒子を容器表面に固定する工程、
・電界を電極表面と容器の頂部表面との間に印加する工程、及び
・電極表面に1層の粒子層を形成する工程。
・所定の形状を有する電極を複数の粒子に近接した箇所に露出させることにより該電極の表面とそれらの粒子の頂部表面との間を実質的に等しいピッチに維持する工程、及び、
・電界を電極表面とそれらの粒子の頂部表面又は容器表面との間に印加する工程。
2 接着剤
3 ピストン
5、122、126 ストッパー
6 第2のピストン
7 静電荷
8 蛍光粒子
9 蛍光粉体粒子層
11 LED光源
31 ピストン表面
32 半球状表面
34 接着剤表面
51 LEDダイス
52 パッケージハウジング
61 平板
62 曲率
63 半球状
89 ローラー
91 蛍光体と接着剤との混合物
95 蛍光粉体粒子
100 シリコンレンズ
101、102 インナーレンズ
110 蛍光粒子
111 蛍光粒子表面
113、115 容器
114 内凹表面
119 蛍光粒子層
120、121、151 金型
125 距離
150 上金型
155 外側部
156 金型の一部
157 熱硬化型材料
201、202 シート材料
205 蛍光シート
206 板体
207、208、209 蛍光粒子層
211、212 蛍光体層
Claims (27)
- 発光ダイオード(LED)パッケージ構造に蛍光材料層を形成する方法であって、
第1の表面に第1層の蛍光材料層を形成する工程と、
前記第1の表面を前記第1層の蛍光材料層が前記LEDパッケージ構造の表面と接触する箇所に配置する工程と、
前記第1の表面と前記LEDパッケージ構造の前記表面との間に圧力を印加する工程と、
前記第1層の蛍光材料層を前記LEDパッケージ構造に付着させる工程と、
を含み、
前記第1の表面に前記第1層の蛍光材料層を形成する工程は、前記第1の表面に静電荷を形成する工程と、前記第1層の蛍光材料層の粉体を前記第1の表面に引き付ける工程とを含むことを特徴とする、発光ダイオード(LED)パッケージ構造に蛍光材料層を形成する方法。 - 接着剤材料を前記LEDパッケージ構造の前記表面に塗布して、接着剤材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記接着剤材料は、不完全硬化の接着剤材料又はBステージポリマー材料であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 加熱工程により、前記LEDパッケージ構造の前記表面の一部を軟化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
- 接着剤材料の微細粒子を蛍光粒子と相互に混合させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1層の蛍光材料層を形成する前に、前記第1の表面に接着剤材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1層の蛍光材料層を形成した後に、前記第1の表面に接着剤材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記LEDパッケージ構造は、レンズを含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の方法。
- 前記静電荷を除去することにより前記粉体を前記LEDパッケージ構造の前記表面に転移させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第1の表面を前記LEDパッケージ構造から除去することにより、前記第1層の蛍光材料層及び接着剤材料層を前記LEDパッケージ構造に付着させることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記第1の表面に前記第1層の蛍光材料層を形成する工程は、前記第1の表面を被覆した接着剤材料層に前記第1層の蛍光材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記LEDパッケージ構造の前記表面に静電荷を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の方法。
- 前記LEDパッケージ構造に第2層の蛍光材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の方法。
- 前記第2層の蛍光材料層は、前記第1層の蛍光材料層とは異なる光学特性を有することを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記LEDパッケージ構造に2層以上の蛍光材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の方法。
- 前記2層以上の蛍光材料層の各層は、前記第1層の蛍光材料層とは異なる光学特性を有することを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 第2の表面に波長変換材料層を形成する方法であって、
第1の表面に第1層の波長変換材料層を形成する工程と、
前記第2の表面を前記第1の表面における前記第1層の波長変換材料層と接触する箇所に配置する工程と、
前記第1の表面と前記第2の表面との間に圧力を印加する工程と、
前記第1層の波長変換材料層を前記第2の表面に付着させる工程と、
を含み、
前記第1の表面に前記第1層の波長変換材料層を形成する工程は、前記第1の表面に静電荷を形成する工程と、前記第1層の波長変換材料層の粉体を前記第1の表面に引き付ける工程と含むことを特徴とする、第2の表面に波長変換材料層を形成する方法。 - 前記第2の表面に接着剤材料を塗布する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記第2の表面は、LEDパッケージ構造の表面であり、
加熱工程により、前記LEDパッケージ構造の前記表面の一部を軟化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項17または18に記載の方法。 - 前記第1層の波長変換材料層は、接着剤材料の微細粒子を含むことを特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の表面に静電荷を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17ないし20のいずれかに記載の方法。
- 前記第2の表面に第2層の波長変換材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17ないし21のいずれかに記載の方法。
- 前記第2層の波長変換材料層は、前記第1層の波長変換材料層とは異なる光学特性を有することを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記第2の表面に2層以上の波長変換材料層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項17ないし21のいずれかに記載の方法。
- 前記2層以上の波長変換材料層の各層は、前記第1層の波長変換材料層とは異なる光学特性を有することを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記第1の表面に前記第1層の波長変換材料層を形成する工程は、
前記第1の表面を前記第1層の波長変換材料層の前記粉体が収容された貯蔵容器に露出させる工程と、
少なくとも静電荷を部分的に利用することにより前記第1の表面に前記第1層の波長変換材料層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項17ないし25のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の表面に前記第1層の波長変換材料層を形成する工程は、
前記第1の表面を空中に散布された前記第1層の波長変換材料層の前記粉体に露出させる工程と、
少なくとも静電荷を部分的に利用することにより前記第1の表面に前記第1層の波長変換材料層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項17ないし26のいずれかに記載の方法。
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