TWI409239B - 具螢光粉的基板的製造方法及發光元件的製造方法 - Google Patents

Description

具螢光粉的基板的製造方法及發光元件的製造方法

本發明係有關於一種具螢光粉的無機塗層的製造方法，且特別是有關於一種可應用於發光元件的螢光粉無機塗層的製造方法。

固態發光元件如發光二極體具有低耗電量、壽命長、不易破損、低發熱量、體積小、可塑性強等諸多優點，因此已廣泛應用於如家電、儀表之指示燈、及光電產品等產品，而逐漸取代傳統的發光材料，成為新一代市場的主流。

傳統固態白光光源主要有以下三種。第一種白光光源是以紅、藍、綠三色發光二極體晶粒組成；第二種白光光源是以藍光發光二極體，激發黃色釔鋁石榴石螢光粉產生白光；第三種白光光源是以紫外發光二極體激發含有一定比例之藍、綠、紅螢光粉的透明光學膠，而得到三波長之白光。

高功率、大面積的發光二極體照明模組之封裝技術，除了散熱問題會嚴重影響到元件壽命外，目前常用的點膠、封灌、膜壓工藝方式，也因為所採用的環氧樹脂容易在使用過程中變稠，使其難以控制氣泡、缺料、黑點、及螢光膠中螢光粉沉澱，因而導致發光均勻度不一致，而造成產品的色差。

為克服上述問題，習知另一種方法係利用螢光粉與陶瓷玻璃熔劑混合，加熱至600℃至800℃而成為半熔狀玻璃體。而後將玻璃體研磨成粉體並塗佈於基板上，再將基板切割成適當大小貼合至發光二極體上。

然而，在上述方法中，因為陶瓷玻璃熔劑需要加熱至特定高溫才可以呈現透明，若是溫度有偏差，則可能使玻璃材料失透(Devitrification)，而影響螢光材料的發光效率。且在高溫熱處理製程中，螢光粉可能與基板發生反應，而影響所製造發光元件的應用性，並增加製程的耗能。

另一方面，習知方法所形成的玻璃粉體之硬度大，因此將其塗佈於基板上時，必須使用如絲網印刷(silk-screen printing)的塗佈方法，但此方法解析度較差，且應用時會產生漏光，色溫不易控制，故難有穩定的品質。另外可以使用的方法如點膠塗佈，但其塗佈均勻性較難控制。以上述方法在基板上進行塗佈時，螢光膠體的厚度較厚，因此會使發光二極體出光變差，且需要使用較多的螢光粉。

有鑒於上述問題使得發光二極體的應用受到限制並增加其製程的成本，因此亟需一種新的發光元件的製造方法，可避免製程中所需高溫造成的問題，並且克服其塗佈步驟上的限制。

本發明提供一種具螢光粉無機塗層的製造方法，包括：混合一螢光粉與一液態玻璃前趨物以形成一漿料；將該漿料塗佈於一基板上；以及進行一熱處理使該基板上的該漿料固化成為一含螢光粉之固態玻璃。

本發明另外提供一種發光元件的製造方法，包括：提供一發光元件裸晶；混合一螢光粉與一液態玻璃前趨物以形成一漿料，將該漿料塗佈於該發光元件裸晶上；以及進行一熱處理使該漿料固化。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下將說明本發明之各種實施例，在本說明書的各種例子中可能會出現重複的元件符號以便簡化敘述，但這不代表在各個實施例及/或圖示之間有何特定的關聯。再者，當提到某一元件位在另一元件”之上”或”上方”，可代表兩元件之間直接接觸或中間更插有其他元件或膜層。為了簡化圖示與突顯本發明之特徵，各元件之間可能未照實際比例描繪。

第1圖係為本發明之一實施例製造具螢光粉無機塗層基板的流程示意圖。首先將螢光粉與液態玻璃前趨物混合均勻，以形成漿料(步驟S101)。將上述漿料塗佈於基板上(步驟S103)，而後進行熱處理步驟，使該漿料固化(步驟S105)，以形成一具螢光粉的基板。

根據本發明一實施例，螢光粉可為在波長範圍254~660nm可發生吸收及放射波譜之螢光材料，其至少包括釔鋁石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，簡稱YAG)系統，鋱鋁石榴石(Terbium Aluminum Garnet，簡稱TAG)系統，矽酸鹽(Silicate)系統，例如具Sr₂ SiO₄ 或Sr₃ SiO₅ 晶相之組合物，硫化物(Sulfate)系統，氮化物(Nitride)系統，氮氧化物(SiON)系統，或前述之組合。更明確地說，在紫外光(UV)或紫光、藍光範圍可被激發進而放出螢光之螢光粉皆可應用於本發明之實施例中。並根據需求搭配組合其使用比例。

將上述螢光粉材料與液態玻璃前趨物均勻混合。根據本發明一實施例，該液態玻璃前趨物為一無鉛無鎘之水相無機組合物，在常溫常壓下(25℃、1atm)為液態。其組成包括Na₂ O: 2.5~3.5%,P₂ O₅ : 0.3~0.9%,SiO₂ : 7.5~9%,B₂ O₃ : 0.2~0.4%,D.I water: 85~90%。

混合後之螢光粉材料與液態玻璃前趨物形成一漿料，利用塗佈法如網印法、轉印法、噴墨法、刮刀塗佈法、旋轉塗佈或其他塗佈方法，使漿料可均勻塗佈於基板上。在本發明另一實施例中，因為上述液態玻璃前趨物在室溫下即為液態，因此所形成之漿料較習知技術之螢光粉漿料的硬度低，故可以利用刮刀成膜而不會造成刮刀損害，並使該基板上所塗佈之膜厚小於100μm，且較佳可為25μm至75μm。較薄的膜厚可減少螢光粉的使用量，除避免影響到發光元件的出光外，並可藉膜厚來調整出光品質。

在本發明一實施例中，螢光粉及液態玻璃前趨物所形成的漿料塗佈於陶瓷基板上，陶瓷基板可包括Al₂ O₃ 、AlN、或藍寶石基板。在本發明另一實施例中，上述基板可為玻璃基板或矽基板。在本發明又一實施例中，上述基板可為可耐溫至至少150℃之透明有機基板，包括聚亞醯胺(PI)透明塑膠基板、聚醚醚酮(PEEK)透明塑膠基板、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)透明塑膠基板、或聚碳酸酯(PC)透明塑膠基板。

將漿料塗佈於基板上後，進行熱處理步驟。將上述基板在100℃至150℃下加熱5~10分鐘，使漿料固化在基板上而成為含螢光粉之固態玻璃。由於此熱處理步驟所需溫度較習知技術低，故螢光粉不會因高溫和基板發生反應或造成嚴重的熱衰減，因而增加本發明之應用性。另外，相較於傳統的熱處理步驟需在600℃至800℃下進行，本方法之熱處理步驟可降低製程的能量消耗，且不會有玻璃失透等的問題。

之後，可將具有含螢光粉固態玻璃的基板切割成預定尺寸，例如為10mm x 10mm，而後將其貼合至LED晶片上，以形成LED封裝體，其中所使用的LED晶片可為應用到螢光粉之LED晶片如紫外光、紫光、或藍光LED晶片等。

第2圖為依照第1圖之流程所製造之白光LED封裝體的剖面示意圖。將螢光粉200與液態玻璃前趨物均勻混合形成漿料，將漿料塗佈於基板220上，經過熱處理將該漿料固化形成螢光玻璃膜210，而後冷卻並將其切割成適當大小，並與藍光LED晶片230封裝組合成一白光LED光源元件。由藍光LED晶片230所發出的藍光BL，經具螢光玻璃膜210的基板220轉化成白光WL。

第3圖係為本發明另一實施例製造白光發光元件的流程示意圖。首先提供發光元件晶片(裸晶)(步驟S301)。將螢光粉與液態玻璃前趨物混合均勻以形成漿料，塗佈於發光元件晶片上(步驟S303)，而後進行熱處理步驟，使該漿料固化(步驟S305)，以形成一發光元件。

在第3圖所示之實施例中，螢光粉與液態玻璃前趨物所形成之漿料係直接塗佈在發光元件上，其中發光元件可以為應用螢光粉施作發光之LED裸晶，如紫外光、紫光、或藍光LED裸晶等。而後在100至150℃下進行熱處理步驟使漿料固化，以形成發光元件。習知使用陶瓷玻璃熔劑之熱處理步驟需在600℃至800℃下進行，故無法先將含螢光粉的漿料直接塗佈於LED裸晶上後於高溫下進行熱處理使之固化，而需要將漿料在基板上熱處理固化後，才能黏貼至LED上。但本方法將熱處理步驟的溫度降低至100℃至150℃，故可直接將含螢光粉的漿料塗佈於LED裸晶上。

第4圖為依照第3圖之流程所製造LED封裝體的剖面示意圖。將螢光粉400與液態玻璃前趨物均勻混合形成漿料，將漿料塗佈於藍光LED晶片430上，經過熱處理將該漿料固化而形成螢光玻璃膜410，即封裝組合成一白光LED光源元件。由藍光LED晶片430所發的藍光BL，經螢光玻璃膜410轉化成白光WL。

以下列舉具體實施例來說明本發明之發光元件的製造方法。

【實施例1】

取液態玻璃前趨物60克，其組成為Na₂ O: 2.5~3.5%,P₂ O₅ : 0.3~0.9%,SiO₂ : 7.5~9%,B₂ O₃ : 0.2~0.4%,D.I water: 85~90%，與40克的YAG螢光粉，在充份混合均勻後，以刮刀塗佈法塗佈50μm到玻璃基板上，玻璃基板的厚度範圍例如是0.3~0.4mm。接著，將印製後的玻璃基板放置到烘箱中，升溫至150℃後並持溫五分鐘後停止加熱，於室溫條件下自然冷卻。待冷卻後，取出燒製完成具有螢光粉表面之玻璃基板並切割成2900μm×2900μm的大小，以銀膠貼合於集成四個1.225W藍光LED晶片的模組上(藍光波長範圍400~530nm)，即可得到各別產品間相互發光亮度均勻、散熱良好之大功率白光LED光源。

【實施例2】

取液態玻璃前趨物50克，其組成為Na₂ O: 2.5~3.5%,P₂ O₅ : 0.3~0.9%,SiO₂ : 7.5~9%,B₂ O₃ : 0.2~0.4%,D.I water: 85~90%，與50克的矽酸鹽螢光粉，在充份混合均勻後，以旋轉塗佈法均勻塗佈在放方波長為460nm之藍光LED裸晶上。接著，將印製後的藍光LED裸晶放置到烘箱中，升溫至150℃後並持溫7分鐘後停止加熱，於室溫條件下自然冷卻。待冷卻後，取出燒製完成具有螢光粉表面之藍光LED裸晶並切割成所需的大小，即可得到各別產品間相互發光亮度均勻、散熱良好之大功率白光LED光源。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S101、S103、S105、S301、S303、S305．．．步驟

200、400．．．螢光粉

210、410．．．螢光玻璃膜

220．．．基板

230、430．．．藍光LED晶片

BL．．．藍光

WL．．．白光

第1圖為本發明一實施例之具螢光粉的基板的製造流程。

第2圖為依照第1圖之流程所製造之白光LED封裝體的剖面示意圖。

第3圖為本發明一實施例之發光元件的製造流程。

第4圖為依照第3圖之流程所製造白光LED封裝體的剖面示意圖。

200．．．螢光粉

210．．．螢光玻璃膜

220．．．基板

230．．．藍光LED晶片

BL．．．藍光

WL．．．白光

Claims (18)

1. 一種具螢光粉的基板的製造方法，包括：混合一螢光粉與一液態玻璃前趨物以形成一漿料；將該漿料塗佈於一基板上；以及進行一熱處理使該基板上的該漿料固化成為一含螢光粉之固態玻璃，其中該液態玻璃前趨物的組成包括Na₂ O：2.5~3.5%,P₂ O₅ ：0.3~0.9%,SiO₂ ：7.5~9%,B₂ O₃ ：0.2~0.4%,D.I water：85~90%，其中成分為重量百分比。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該螢光粉的材質為在波長範圍254~660nm吸收及放射波譜之螢光材料，其包括釔鋁石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，簡稱YAG)系統，鋱鋁石榴石(Terbium Aluminum Garnet，簡稱TAG)系統，矽酸鹽(Silicate)系統，硫化物(Sulfate)系統，氮化物(Nitride)系統，氮氧化物(SiON)系統，或前述之組合。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該矽酸鹽(Silicate)系統，包括具Sr₂ SiO₄ 或Sr₃ SiO₅ 晶相之組合物。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該液態玻璃前趨物為一無鉛無鎘之水相組合物。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該液態玻璃前趨物在25℃、1atm下為液態。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製 造方法，其中該熱處理溫度介於100℃至150℃間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該基板包括陶瓷基板、玻璃基板、矽基板、或透明有機基板。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該陶瓷基板包括Al₂ O₃ 、AlN、或藍寶石。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該透明有機基板為耐150℃之透明有機基板，其包括聚亞醯胺透明塑膠基板(PI)、聚醚醚酮(PEEK)透明塑膠基板、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)透明塑膠基板、或聚碳酸酯(PC)透明塑膠基板。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該漿料的塗佈方法包括網印法、轉印法、噴墨法、刮刀塗佈法、或旋轉塗佈，使該漿料均勻塗佈於該基板上。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具螢光粉的基板的製造方法，更包括：切割具該固態玻璃的該基板成預定尺寸，並與一LED晶片組合。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具螢光粉的基板的製造方法，其中該LED晶片係應用螢光粉施作發光之LED晶片，其包括紫外光、紫光、或藍光LED晶片。
13. 一種發光元件的製造方法，包括：提供一發光元件晶片；混合一螢光粉與一液態玻璃前趨物以形成一漿料，將 該漿料塗佈於該發光元件晶片上；以及進行一熱處理使該漿料固化，其中該液態玻璃前趨物的組成包括Na₂ O：2.5~3.5%,P₂ O₅ ：0.3~0.9%,SiO₂ ：7.5~9%,B₂ O₃ ：0.2~0.4%,D.I water：85~90%，其中成分為重量百分比。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件的製造方法，其中該液態玻璃前趨物為一無鉛無鎘之水相組合物。
15. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件的製造方法，其中該液態玻璃前趨物在25℃、1atm下為液態。
16. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件的製造方法，其中該熱處理溫度介於100℃至150℃間。
17. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件的製造方法，其中該發光元件晶片包括應用螢光粉施作發光之LED裸晶，包括紫外光、紫光、或藍光LED裸晶。
18. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件的製造方法，其中該漿料塗佈方法包括網印法、轉印法、噴墨法、刮刀塗佈法、或旋轉塗佈，使該漿料均勻塗佈於該基板上。