TWI237400B - Method for manufacturing a light emitting device - Google Patents

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TWI237400B
TWI237400B TW092126320A TW92126320A TWI237400B TW I237400 B TWI237400 B TW I237400B TW 092126320 A TW092126320 A TW 092126320A TW 92126320 A TW92126320 A TW 92126320A TW I237400 B TWI237400 B TW I237400B
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TW092126320A
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Inventor
Katsuhiko Noguchi
Megumi Horiuchi
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Citizen Electronics
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Description

1237400 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域·· 本發明係關於製造發光元件之方法。 (二） 先前技術： 第1 7圖係爲美國專利6，0 6 9，4 4 0號揭示之習知發光二極 體（LED)裝置之斷面圖。白色之LED裝置20包含有基板 23、裝在基板23上之電極21及22及裝在基板23上之藍 色LED24。LED24係藉引線25接至電極21及22。LED24 及電極21、22係被透明之包封樹脂27包封。 在樹脂27內有混合YAG族（group)之螢光材料。螢光材 料含有磷光粒子2 6。 當激勵電流經電極2 1及22施加於藍色LED24時，LED 則射出藍色光Pb。當部份之藍色光射到磷粒子時，磷粒子 則吸收藍色光而射出黃色光Py。當黃色光Py和藍色光Pb 混合在一起時即產生白色光Pw。 另外，美國專利6,3 1 9,42 5號揭示一種被含有螢光材料之 蓋所覆蓋之LED。 另外，美國專利6,3 51，069號揭示一種被含有兩種磷粒子 之透明樹脂所包封之LED，藉此產生白色光。 但是，因LED是複合半導體，在產品之色度（chromaticity) 及亮度上會有較大的散亂（dispersion)。另外，由於在包封 樹脂內磷粒子之數量及分佈之散亂之故，混合後之白色光 P w也產生色散。 第18及第19圖係爲示出LED裝置之色度及亮度之散亂 -6- 1237400 之圖表。 第1 8圖係爲示出一批量產之LED裝置在色度上之散亂 之XYZ座標上之曲線。每個黑點係表示一個LED裝置之色 度。其顯示出散亂係朝右側上昇。這裡，用A字表示之寬 度方向之散亂主要係因藍色LED之色度之散亂所造成，用 B字表示之縱向上之散亂主要係因包封樹脂內之磷粒子之 數量及分佈之散亂所引起。 具有與第18圖之中心値偏離大之色度之LED裝置，係 LED裝置無法用作爲射出白色光之裝置。LED裝置需有虛 ® 線所示之中心範圍之色度，其中X及Y係在0 · 3 3 ± 0.0 1之 範圍內。 第19圖之圖表，橫軸係表示亮度，縱'軸係表示LED裝 置之數量。對中心範圍之散亂之分佈係+ 3 0 %〜-4 0 %。但是 ，所要之範圍係如第1 9圖所示約爲± 2 0 %。 (三）發明內容： 本發明之目的係提供一種能校正色度及亮度至所要數値 之方法。 · 依本發明，提供一種製造發光裝置之方法，其包括之步 驟有：將發光元件裝於支撐構件；製造多數由透明樹脂作 成之蓋構件，每個蓋構件含有磷粒子及亮度降低材料；測 疋自發光兀件發射之光之波長及亮度；將發光元件發射之 光之測定波長分成等級；將發光元件發射之光之測定亮度 分成等級；將磷粒子發射之光之波長分成等級；將亮度降 低材料之混合比例分成等級；依所要之特性將發光元件之 -7- 1237400 等級及蓋構件之等級分群；組合發光元件和蓋構件；及將 · 屬於同一群之發光元件和蓋構件裝於外殻內。 磷粒子及亮度降低材料可含於同一之蓋構件內。 亮度降低材料係爲色料。 發光元件係裝於基板上以產生發光元件單元。 ’ 本發明之另外一方面係提供一種製造發光裝置之方法， ， 其包括之步驟有：將發光元件裝於基板以製造多數發光元 件單元；製造具有多數用於安裝發光元件單元之區域之殼 體組合件；製造由透明樹脂作成之蓋構件，每個蓋構件含 春 有磷粒子及亮度降低材料；測定自每個發光元件單元之發 光元件射出之光之波長及亮度；將發光元件射出之光之測 定波長分成等級；將發光元件射出之光之測定亮度分成等 級；將磷粒子射出之光之波長分成等級；將亮度降低材料 之混合比例分成等級；依所要之特性將發光元件單元之等 級和蓋構件之等級分群；將發光元件單元和蓋構件分群； 將屬於同一群之發光元件單元和蓋構件分別裝於殼體組合 件之前述區域；及自殻體組合件分割每個具有發光元件單 鲁 兀之區域。 蓋構件相互連接以形成蓋構件組合件，每個蓋構件係位 在對應於殻體組合件之一個區域之位置。 每個區域之中心部份具有凹陷，而發光元件單元則裝在 凹陷之底部，蓋構件係裝在凹陷上。 本方法另包括之步驟有··用金屬製作殻體組合件；將裝 - 設區域排列成矩陣；在每個裝設區域上形成凹陷；在平行排 列之裝設區域上形成縫隙；充塡樹脂於縫隙內；及將裝設 _8- 1237400 區域自殻體組合件分隔。 本發明之這些和其它目的及特徵將隨著下文參照附圖所 作之詳細敘述而更淸楚。 (四）實施方式： (較佳實施例之詳細敘述） 第1圖係爲本發明之LED之立體圖，第2圖係爲第1圖 之LED沿著線II-II之斷面圖。 參照第1及第2圖，白色之發光二極體（LED)裝置1包含 由具有高導熱性之金屬、諸如鎂族（Mg group)、鋁族、及 銅族作成且具有倒截錐（truncated cone)之凹陷2b之立方 體殻2。殻2包含一對第1半部及第2半部之金屬蕊3a及 3 b，兩者間之縫隙2 c內充塡由樹脂作成之絕緣層4。凹陷 2b之內壁藉鍍銀（silver plating)處理成反光之表面。發光 元件單元6係裝在凹陷2b內。發光元件單元6包含藉焊鍚 而固定於金屬蕊3 a及3 b之基板6 a，俾被施加激勵電流； 及作爲發光元件經凸點（bumps)6b裝設於基板6a上之藍色 LED5。LED5之底側係用樹脂6c包封俾保護凸點6b。 透明樹脂之蓋構件7具有能與凹陷2b契合之外形，其係 藉黏劑而黏著於凹陷之內壁。於蓋構件7內有混合YAG磷 粒子7a及色料或染料粒子7b以作爲亮度降低材料。慎選 磷粒子7a及色料粒子7b俾將LED 5射出之光之色度校正 成所要之色度。 在運作上，當施加激勵電流於金屬蕊3 a及3 b時，電流 係經基板6a及凸點6b而流至藍色LED5。藉此，LED 5則 -9- 1237400 被激勵而射出藍色光。當部份之藍色光射到磷粒子7a時， 藍色光則被磷粒子7 a吸收而自磷粒子射出黃色光。當黃色 光與未射到磷粒子之藍色光混合時則產生白色光P w。接著 ，白色光之色度和亮度被色料粒子7b校正成所要之色度及 亮度。 下文將敘述於製造本發明之LED裝置之步驟上選擇磷材 料及色料之方法。 在藍色LED5安裝於基板6a之步驟上，用LED測試器測 定藍色LED射出之光之波長及亮度，並將這些資料貯存在 記憶體內。 第3圖係爲示出射出光之測定波長之分佈曲線。橫軸係 表示波長，縱軸係表示LED裝置之數量。波長係繞著峰値 470nm而分佈於460及480nm之間。 第4圖係爲示出射出光之測定亮度之分佈曲線。橫軸係 表示亮度，縱軸係表示LED裝置之數量。亮度係分佈在0.5 及2.0之間。亮度對最大亮度之比係爲1至4。 波長及亮度之分佈資料係分成四個等級。 第5圖係爲波長之分級圖。波長係在462至4 7 8之範圍 內被分成四個等級號碼a 1〜a 4。每一等級之範圍係爲4 n m。 第6圖係爲亮度之分級圖。亮度係在〇. 6至2. 〇之範圍內 被分成四個等級號碼b 1〜b4。每一等級之範圍係爲1 · 3 5。 如此，藍色LED則被分類成1 6等級（4個等級x4個等級 =16個等級）。亦即，有16個等級號碼aibl、alb2、…a4b4。 其次’由照射在磷粒子7a之藍色光所產生之黃色光之波 1237400 長也被分成四個等級。能藉改變 γ A G族，如鎵（g a 11 i u m ) 及釓（gadolinium)之磷材料之成份間之比例以改變黃色光 之波長。追裡’具有峰値波長570nm之磷材料係在560nm 至5 8 0 n m之範圍之間分成四個等級。 被分級之磷材料7 a係在蓋構件7內混合。 第7圖係爲磷粒子7 a射出之黃色光之波長之分級圖。波 長係被分成四個等級號碼c 1〜c 4。一個等級之範圍係爲 5 nm ° 如上述，在蓋構件7內混合色料粒子7 b俾校正亮度至所 要之亮度。藉改變混合比例可改變亮度。 第8圖係爲色料之混合比例之分級圖。亮度色料之混合 比例係在〇 . 6到2 · 0之範圍內被分成四個等級號碼d丨〜d 4 。混合比例之範圍係介於0 °/。至4 5 %之間。 如此，蓋構件7被分類成1 6等級（4級x4級=1 6級）。亦 即，有1 6個分級號碼c 1 d 1、c 1 d 2、…c 4 d 4。 其次，組合LED5之波長和亮度及磷粒子所產生之波長 等級及色料等級。第9圖示出等級之組合。例如，群G 1 係爲等級a 1和等級c 1之組合，等級a 1係爲L E D射出之光 之中心波長47 Onm之較短側，等級cl係爲磷粒子射出之中 心波長5 70nm之較短側。 相同地，群G2〜G4係分別爲波長等級a2〜a4及波長等 級c 2〜c 4之組合。 另外’例如，群G1係爲等級b 1和等級d 1之組合，等級 b 1係爲L E D之亮度之最小等級，等級d 1係爲色料7 b之最 -11- 1237400 小混合比例。 第1 0圖係爲示出色度校正之部份色度座標之圖。線G 1 〜G4係不出分別基於群G1〜G4之LED裝置射出之白色光 之色度之變化。這裡，線G 1〜G 4之左下範圍P 1係磷粒子 混合量少之LED裝置射出之光之亮度，致白色光中帶點淺 藍。線G1〜G4之右上範圍P2係磷粒子之混合量大之LED 裝置射出之光之色度，致白色光中帶淺黃。 這裡，群G 1之波長等級若爲最短波長之a 1時，則在範 圍P 1內之X座標之値係爲最大値，Y座標之値係爲最小値 。於是，光之色度幾乎爲藍色。 再者，群G1之波長等級若爲最小波長之c 1時，則在範 圍P2內之X座標之値係爲最小値，Y座標之値係爲最大値 。於是，光之色度幾乎爲綠色。 另外，群G4之波長等級若爲最短波長之a4時，則在範 圍P 1內之X座標之値係爲最大値，Y座標之値係爲最大値 。於是，光之色度略帶綠色。 再者，群G4之波長等級若爲最大波長之c4時，則在範 圍P2內之X座標之値係爲最大値，Y座標之値係爲最小値 。於是，光之色度係略帶紅色。 如此，可瞭解藉混合LED 5和混合有磷粒子之蓋構件， 群G 1〜G4隨著不同波長色度呈傾斜變化，及明白群G 1〜 G4之色度可藉改變蓋構件7內之磷粒子之數量而被校正至 虛線所示之所要區域之色度。至於其它之群G5〜G16 ’也 提供相同之效果。 1237400 第1 1圖係示出藉組合LED5和蓋構件7所產生之亮度校 正效果表。橫軸係表示相對亮度。因自LED5射出之光之 亮度係分成四個等級b 1〜b4，因此組合前之亮度係被分散 成表上所不之四個等級bl〜b4。 如第9圖所示，當等級bl之LED5與等級dl之蓋構件7 組合’等級b2與等級d2組合，b3與d3組合及b4與d4 組合時則全部等級之亮度係如第1 1圖之箭頭所示被校正 到等級b 1之亮度。 更具體言之，因最暗之等級b 1係與最低混合比例〇 %之 等級d 1組合，白色光p〜因此無受到色料之干擾而穿透蓋 構件7。因最高亮度之等級b4係與最高混合比例45%之等 級組合，故白色光受到色料之千擾，進而亮度降低至等級 b 1之位準。結果，全部白色光逐集中於等級b 1。 當亮度之要求不嚴格時，則等級b 1和b 2係與等級d 1組 合，等級b3係與等級d2組合，及等級b4係與等級d3組 合。於是，如第1 1圖虛線箭頭所示，等級係集中於等級 b2 〇 第12圖係爲示出製造本發明每群之LED裝置之步驟之 立體圖。裝在基板6a上之每個LED5及蓋構件7係被分割 成1 6群G 1〜G 1 6且每群係裝於一個殼2上。例如，將等 級al、bl之LED5裝於殻2上，接著將蓋構件7裝於殼2 上，進而製成群G1之LED裝置1。若LED裝置1係屬於 群G2時，則等級a2、bl之LED5及等級c2、dl之蓋構件 7係分別裝於殼2上。屬於其它群之其它LED裝置也是用 -13- 1237400 相同之方法製造。 下文將敘述同時製造多數LED裝置之方法。 第1 3圖係爲殼體組合件1 〇之立體圖。殼體組合件1 〇係 藉金屬（如鎂合金）之射出成型而製成。 殼體組合件1 〇依切割線1 3及1 4而被切割成9個L E D 裝置之裝設用之9個區域1 2。在各個裝設區域1 2之中心 部份形成凹陷2 b。平行於線1 3有形成三個縫隙2 c，但這 些縫隙不延伸到兩末端部份俾免分割殼體組合件1 〇。每個 縫隙2 c內被充塡絕緣樹脂4。凹陷2 b之內壁藉鍍銀而被 處理成平滑之表面2d。 其次，將9個LED5安裝於基板6a上，屬於同一群者係 分別裝於第1 4圖所示之各個凹陷2b。 第15圖係爲示出蓋構件7之安裝動作之立體圖。9個蓋 構件7，每個係屬於與LED5之群相同群，係對應凹陷2b 被與蓋構件7相同材料之連接構件1 1 a連接以形成蓋構件 組合件1 1。例如，如果LED5之群係爲等級a4bl之群G4 時，則組合件11之蓋構件7之群亦係爲等級c4dl之群G4 ° 組合件1 1之蓋構件7係裝在殼體組合件1 0之凹陷2b內 且被黏劑黏著於凹陷2b之內壁。然後，用工具切斷連接構 件 1 1 a 〇 第1 6圖係爲示出殼體組合件1 0之分離步驟之立體圖° 如第1 6圖所示，殼體組合件1 0係沿著切斷線1 3及1 4被 切斷而分割成各自之LED裝置1。 依本發明，屬於要獲得所要特性之群之發光元件及蓋構 1237400 件係組合在一起。 因此，能以高良率製造發光元件裝置。 雖然本發明已連同良好實施例敘述如上，但可瞭解者本 文之敘述係爲說明性而非限制本發明之範圍，本發明之範 圍係定義於下文之申請專利範圍所述之各項。 (五）圖式簡單說明： 第1圖係爲本發明之LED裝置之立體圖。 第2圖係爲LED裝置沿著線II-II之斷面圖。 第3圖係爲示出射出光之測定波長之分佈之圖表。 第4圖係爲示出射出之光之測定之亮度之分佈之圖表。 第5圖係爲波長之分級圖。 第6圖係爲亮度之分級圖。 第7圖係爲自磷粒子射出之黃色光之波長之分級圖。 第8圖係爲色料之混合比例之分級圖。 第9圖係爲示出等級之組合之圖表。 第10圖係爲示出色度校正之部份色度座標之圖表。 第1 1圖係爲示出藉等級組合以行亮度校正之圖表。 第12圖係爲示出製造本發明每個群組之LED之步驟之 立體圖。 第1 3圖係爲殻體組合件之立體圖。 第14圖係爲在裝設LED前殻體組合件之立體圖。 第15圖係爲示出蓋構件之安裝動作之立體圖。 第1 6圖係爲示出殼體組合件之分離步驟之立體圖。 第17圖係爲習知之LED裝置之斷面圖。 1237400 第1 8和第1 9圖係爲示出LED裝置之色度和亮度之分散 之圖表。 主要部分之代表符號說明： 1 發 光 二 極 體 裝 置 2 方 體 外 殼 3 a 第 1 半 部 金 屬 芯 心1> 3b 第 2 半 部 金 屬 心匕、 4 樹 脂 絕 緣 層 5 發 光 二 極 體 (LED) 6 發 光 元 件 單 元 7 覆 蓋 構 件
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Claims (1)

  1. Ί237400 拾、申請專利範圍： 1 . 一種製造白色發光裝置之方法’其特徵爲包括下列步驟： 將發光元件射出之光之波長及亮度分成等級； 依光之波長及亮度之等級分類’俾提供用於轉換從發 光元件射出之波長之螢光材料與用於調整光之亮度之亮 度降低材料之各種組合； 製造多數之蓋構件，於蓋構件內混合有前述各種螢光 材料與亮度降低材料之組合中之一種組合； 選擇發光元件及蓋構件； 結合被選定之發光元件及蓋構件。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，磷粒子及亮度降 低材料兩者係被含於相同之蓋構件內。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，蓋構件包括混合 螢光材料之第1蓋構件，及混合亮度降低材料之第2蓋 構件。 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中，蓋構件係由混合 有螢光材料及亮度降低材料之砂族（s i 1 i c ο n g r 〇 u p)彈性 體（elastomer)形成。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，亮度降低材料係 爲用於降低發光元件發出之光之亮度，的色料或染料， 與自發光元件發射之光之波長無關。 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，發光元件係裝在 基板上而與基板結合成爲一個發光元件單元。 7· —種製造白色發光裝置之方法，其特徵爲包括下列步驟： 1237400 測定從多數之藍色發光元件射出之光之色度及亮度； 將發光元件發出之光之測定之色度及亮度分類成等級； 製造多數之蓋構件，其等係依藍色發光元件之等級分 類而相異； 依分成之等級組合最適於組合之藍色發光元件及蓋構 件；及 將組合之藍色發光元件及蓋構件成結合狀態設定於殻 體內。 8 · —種製造白色發光裝置之方法，其特徵爲包括下列步驟： 測定從多數之藍色發光元件射出之光之色度及亮度； 將發光元件射出之光之測定色度及亮度分別分類成等 級； 製造具有多數殼體之殼體組合件； 將屬於相同等級之多數藍色發光元件裝於殻體內； 製造含有各種螢光材料及亮度降低材料之多數蓋構件； 將具有與裝在殼體組合件上之藍色發光元件相同條件 之蓋構件固定於殼體俾產生一個完整之發光裝置；及 將完整之發光裝置自殻體組合件分離。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中，對應於殻體組合 件上之殻體之蓋構件係相互連接以形成蓋構件組合件， 每個蓋構件係位在對應於殻體組合件上之殻體之位置。 i 〇 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中，在蓋構件組合件 之蓋構件內之螢光材料及亮度降低材料之混合條件係幾 乎相同。 1237400 1 1 ·如申請專利範圍第7或8項之方法，其中，殼體具有內 壁爲反光表面之凹陷，發光元件係裝在凹陷之底部，而 蓋構件則裝在凹陷上。 1 2 ·如申請專利範圍第1、7、8項中任一項之方法，其中， 發光元件係爲InGaN族之LED。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中，螢光材料係爲 YAG族之螢光材料。 1 4 .如申請專利範圍第丨2項之方法，其中，亮度降低材料係 爲黑色之色料。 1 5 ·如申請專利範圍第7或8項之方法，其中，殻體係包括 一對金屬蕊’金屬蕊之表面係藉輝面電鍍（bright plating)
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