TWI537133B - 光轉換層之形成方法、光轉換構件之製造方法及發光裝置之製造方法 - Google Patents

Description

光轉換層之形成方法、光轉換構件之製造方法及發光裝置之製造方法

本發明係關於一種具有螢光體粒子之光轉換層之形成方法、光轉換構件之製造方法及發光裝置之製造方法者。

先前，研究有使來自發光元件之光與來自含有藉由此光而發光之螢光體粒子之光轉換構件之光混合而發光的發光裝置。作為光轉換構件之形成方法，例如，已知有將玻璃粉體與螢光體粒子混合後燒結而形成之方法(專利文獻1)、及將於樹脂中混合螢光體粒子者於發光元件上塗佈等之後使該樹脂硬化之方法(專利文獻2)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2003-258308

[專利文獻2]日本專利特開2004-128393

然而，於使用玻璃粉體之方法中，燒結之後為使玻璃粉體彼此黏著而相較螢光體粒子使玻璃粉體之量增多，混合玻璃粉體與螢光體粒子。於使用樹脂之方法中，為保持適當之流動性而相較螢光體粒子使樹脂之量增多，混合螢光體粉體與樹脂。即，於先前之方法中相較成為黏合劑之玻璃粉體或樹脂設定螢光體粒子之量較少，因此於膜厚方向及平面方向上難以使螢光體粒子均勻地分佈，結果有產生顏色不均之虞。

本發明係有鑒於上述課題而成立者，其目的在於提供能夠使螢光體粒子均勻地分佈之光轉換層之形成方法、及能夠使螢光體粒子均勻地分佈之光轉換構件之製造方法。

又，本發明之目的在於提供能夠製造顏色不均較少之發光裝置的發光裝置之製造方法。

本發明之光轉換層之形成方法之特徵在於包括以下步驟：準備螢光體粒子；於基體上形成包含樹脂之結合層；使上述結合層含有上述螢光體粒子；及使上述結合層硬化。

本發明之光轉換構件之製造方法之特徵在於：上述基體係基板，且包括藉由本發明之光轉換層之形成方法，於上述基板之一主面上形成光轉換層之步驟，該光轉換構件包含上述基板與上述光轉換層。

本發明之發光裝置之製造方法之特徵在於：上述基體係發光元件，且包括藉由本發明之光轉換層之形成方法，於上述發光元件之發光面上形成光轉換層之步驟，該發光裝置包含上述基板與上述光轉換層。

本發明之光轉換層及光轉換構件之形成方法包括以下步驟：準備螢光體粒子；於基體上形成包含樹脂之結合層；使上述結合層含有上述螢光體粒子；及使上述結合層硬化；因此能夠於結合層中使螢光體粒子均勻地分佈。

又，根據本發明之發光裝置之製造方法，能夠製造顏色不均較少之發光裝置。

以下，一面參照圖式一面說明用以實施本發明之形態。但是，以下所示之形態係例示將本發明之技術思想具體化之發光裝置及光轉換構件之製造方法者，本發明並非限定於以下者。又，實施形態中所揭示之構成零件之尺寸、材質、形狀、其相對之配置等，只要無特定之揭示，並非只限定於本發明之範圍之主旨，且僅為例示。再者，各圖式所示之構件之大小及位置關係等，為明確說明故誇大。

<實施形態1>

本發明之實施形態1係涉及光轉換構件之製造方法者。藉由該製造方法製作而成之光轉換構件100係於基板5之上形成含有螢光體粒子4之結合層6，例如，用於發光裝置。基板5係例如具有透光性之基板，例如，由藍寶石基板所組成。

以下，對本發明之實施形態1之光轉換構件之製造方法按照步驟進行說明。

(螢光體粒子準備步驟)

如圖1所示，準備螢光體粒子4。螢光體粒子4只要係藉由來自此後準備之發光元件13(參照圖4)之光而發光者即可，其材料不限定。例如，於發光元件發出藍色光之情形時，設為發出黃色光之YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔鋁石榴石)系螢光體粒子、TAG(Terbium Aluminum Garnet，鋱鋁石榴石)系螢光體粒子、矽酸鍶系螢光體粒子等，藉此作為發光裝置整體可獲得白色光。

於本實施形態中，於框體1之底面配置螢光體粒子4。於本發明中，可使粒徑比較大之螢光體粒子4選擇性地結合於結合層，藉此，可使結合層含有粒徑更一致之螢光體粒子，但為使結合層能夠含有粒徑更加一致之螢光體粒子，而螢光體粒子4較佳為其粒徑於某種程度上為一定。螢光體粒子4之平均粒徑設為0.5 μm以上50 μm以下，較佳為1 μm以上30 μm以下，更佳為10 μm以上25 μm以下。藉此，於框體1內可使螢光體粒子4容易對流。又，於最後作為光轉換構件時可形成為發光效率及光提取效率良好之螢光體粒子。

再者，螢光體粒子本身會產生靜電，有鄰接之螢光體粒子密接而凝集之情形。於此種情形時，藉由原有之靜電除去器而除去螢光體粒子產生之靜電即可。藉此，可將螢光體粒子4各個地分離，且可使螢光體粒子再現性良好地對流。

此處，準備一種螢光體粒子，但亦可準備混合有兩種以上之螢光體粒子者。

(結合層形成步驟)

其次，準備結合層6。此處，於基板5上形成結合層6。

結合層6只要係包含樹脂、於螢光體粒子結合步驟之時可使螢光體粉體4取入內部(可含有螢光體粉體4)且於結合層硬化步驟之時可硬化者即可，其材料不限定。作為結合層6之材料，例如可使用矽樹脂、環氧樹脂等熱固性樹脂。作為結合層6之形成方法，可利用灌注、噴塗、旋塗等。為使螢光體粉體4容易地取入樹脂內部，塗佈時之樹脂之黏度設定為較佳為5000cp以下，更佳為1000cp以下，最佳為100cp以下。又，樹脂之黏度之下限只要係例如比水大之黏度即可。

基板5係於其上表面形成結合層6即可，其材料不限定。作為基板5，例如可使用玻璃、藍寶石。

含有螢光體粒子前之結合層6之膜厚可為3μm以上且未達100μm，較佳為5μm以上且未達70μm，更佳為10μm以上且未達50μm。

於本實施形態中，基板5配置於支撐台3上。如圖1及圖2所示，較佳為於支撐台3上設置有於上下方向貫通之貫通口。此係因為，藉由於此後說明之螢光體粉末結合步驟而將送至結合層6之上方之螢光體粉體4通過貫通口再次送至下方，故可有效地利用螢光體粒子4。

(螢光體粒子結合步驟)

其次，藉由使螢光體粒子4於結合層6之上方對流，而使螢光體粒子4結合於結合層6(螢光體粒子4藉由與結合層6之濕潤性及其本身之重量而進入(填充)結合層6之內部)。於本說明書中，所謂「使螢光體粒子‧‧‧對流」，係指使螢光體粒子4藉由風而向相反之方向(圖1中之上下方向)流動。

使螢光體粒子4對流之方法不限定，例如，可藉由將螢 光體粒子4自結合層6之下方颳起而使螢光體粒子4於結合層6之上方對流。以下，詳細說明。

於本實施形態中，於框體1內，於支撐台3之下方且自框體1之側面離開的位置設置有送風部2。送風部2可向下方(框體1之底面方向)送風，可形成如圖2所示之風之流動。即，自送風部2向下方送風(步驟1)，該風藉由框體1之底面之存在而面向外側(步驟2)，沿著框體1之側面送至上方(步驟3)，藉由框體1之上表面之存在而面向內側(步驟4)，再次送至下方。繼而，藉由重複步驟1~4使來自送風部2之風於框體1內循環。繼而，於框體1之底面配置有螢光體粒子4，故螢光體粒子4亦隨著來自送風部2之風而於框體1內循環。於圖2中，俯視表示框體之一剖面中之情形，但實際上，自送風部2送出之風於框體1之底面捲入螢光體粒子4且呈放射狀面向側面並沿著側面整體上升，藉由框體1之上表面而再次彙集於框體之中央部並循環。若考慮此種風之流動，則為獲得框體1內之穩定之風之流動，故較佳為框體1之側面為圓筒形，且較佳為以使送風機2吹出之風之中心與框體1之圓筒側面之中心軸一致的方式將送風機2設置於框體1內。又，較佳為送風機2以即使自上方落下之螢光體粒子4通過送風機2內亦不受損傷之程度而驅動。

此處，於包含各種粒徑之螢光體粒子4之中，某種程度上粒徑較大(大粒徑)之螢光體粒子4相較比其粒徑小(小粒徑)之螢光體粒子4，優先地於框體1內循環，且結合於結合層6。其理由不明確，但可認為此係因為即使小粒徑之螢光體粒子隨著風暫時被送至上方，但由於其係小粒徑且輕量因此易滯留於框體1之角部等，難以到達結合層6。進而，可認為，此係因為通常螢光體粒子有越成為小粒徑而黏著力(凝集力)變得越大之傾向，故小粒徑之螢光體粒子難以隨著風送至上方(可認為小粒徑之螢光體粒子係每一定重量之表面積變大，故水分易於吸附於其表面)。因此，可期望於大粒徑之螢光體粒子4能夠優先進入結合層6之本實施形態之光轉換層中發光效率之提高。

通常，作為用於光轉換構件之螢光體粒子，相較小粒徑者而大粒徑者較佳。例如，假定使小粒徑及大粒徑之螢光體粒子分別以特定之厚度而堆積之情形。於此情形時，小粒徑之螢光體粒子存在以下問題：與大粒徑之螢光體粒子相比，於厚度方向上螢光體粒子較多地存在，故螢光體粒子之表面(界面)上之光反射變多，向厚度方向之光之提取效率降低。另一方面，大粒徑之螢光體粒子與小粒徑之螢光體粒子相比，於厚度方向上螢光體粒子更少地存在，故螢光體粒子之表面上之光反射變少，向厚度方向之光之提取效率提高。進而，可認為由於螢光體粒子之表面係晶體畸變，故於螢光體粒子之表面上無法有效地發光。因此，若為小粒徑之螢光體粒子，則每一定重量之表面積變大，故發光效率變低。另一方面，若為大粒徑之螢光體粒子，則每一定重量之表面積變小(晶體之畸變被抑制之表面內側之體積比例變大)，故可有效地發光。重要的是由於此種理由，抑制小粒徑之螢光體粒子之混入，優先使用更大粒徑之螢光體粒子而形成光轉換構件。

最後結合層6含有之螢光體粒子之量可依據結合層6之膜厚而控制。即，結合層6中可含有之螢光體粒子之最大量(藉由結合層6而能夠固定於基板上之螢光體之最大量)係結合層6之膜厚越薄則越少，結合層6之膜厚越厚則越多。超出該膜厚中之螢光體粒子之最大量而堆積於結合層6之上之螢光體粒子藉由結合層6而不結著故可簡單地除去。 即，若結合層6之膜厚較薄，則進入結合層6之內部之螢光體粒子4之量亦必然變少，若結合層6之膜厚較厚，則進入結合層6之內部之螢光體粒子4之量亦必然變多，可將超出該膜厚中之螢光體粒子之最大量而堆積於結合層6之上之螢光體粒子簡單地除去，若利用此情況，則可容易地控制進入結合層6之螢光體粒子4之量。

於本螢光體粒子結合步驟中，以未填充於結合層6之剩餘之螢光體粒子4堆積於結合層6之程度，將螢光體粒子4過剩地供給至結合層6。換言之，於本實施形態中，供給有一定條件下之特定之膜厚之結合層6本來可含有之量以上的螢光體粒子4。其結果，形成比較均勻之厚度之結合層4成為於其整個區域儘可能地填充螢光體粒子4之狀態，故與先前之方法相比較，於膜厚方向及平面方向上螢光體粒子4之分佈可更均勻。其結果，於用於發光裝置之時，可進一步抑制顏色不均。

此處，對藉由使螢光體粒子對流而使螢光體粒子4結合於結合層6之情形進行了說明，但亦可使螢光體粒子不對流而僅僅使螢光體粒子4結合於結合層6。例如，亦可藉由簡單地自結合層6之上方散佈螢光體粒子而使結合層6含有螢光體粒子4。於此情形時，雖無法積極地排除小粒徑之螢光體粒子4，但當然同樣可獲得顏色不均抑制之效果。

(結合層硬化步驟)

其次，使結合層6硬化。例如，若為先前之使用樹脂之方法，則於將成為黏合劑之樹脂與螢光體粒子混合後，將其於發光元件等其他之構件上塗佈等並硬化，但於本實施形態中於結合層6上結合螢光體粒子結合後不混合兩者而直接硬化，故能夠以更簡單之步驟形成光轉換構件。雖硬化之方法不限定，但於結合層6為熱固性樹脂之情形時，藉由使結合層6過熱，而使結合層6與其內部含有之螢光體粒子4一起一體地硬化，製成包含基板5、結合層6及螢光體粒子4之光轉換層10。

未進入結合層6而堆積於結合層6之上之過剩之螢光體粒子，例如可於結合層硬化步驟之後進行沖洗等而除去。

於圖3中，表示藉由本步驟而獲得之結合層附近之放大模式圖。再者，於本說明書中，將含有螢光體粒子之硬化後之結合層6表示為光轉換層10。如圖3所示，於光轉換層10中，自結合層6之表面，部分露出螢光體粒子4。可認為此係因為先前堆積之螢光體粒子4已經進入結合層6，故隨後堆積之螢光體粒子4未完全進入結合層6。此處，以結合層6成為最上層之方式而構成，但例如為使結合層6之表面平滑，亦可於結合層6上進而形成不含有螢光體粒子之透光層。

就作業效率之方面而言，較佳為形成面積比較大(例如晶圓)之光轉換構件。進而，若為先前之方法則越成為大面積越有螢光體粒子之分佈產生偏倚之傾向，但若為本實施形態之方法則即使為大面積之情形亦能夠比較容易地抑制螢光體粒子之分佈之偏倚。此係因為僅以使結合層6之膜厚變得均勻，即可控制螢光體粒子之分佈。

進而，根據本實施形態，與先前之方法相比較螢光體粒子4之回收效率較高。此係因為能夠再利用未進入結合層6之螢光體粒子4，故原則上不會產生多餘之螢光體粒子4。

<實施形態2>

本發明之實施形態2之發光裝置係使用實施形態1所獲得之光轉換構件與發光元件而構成者。

如圖4所示，組合實施形態1所獲得之光轉換構件100與發光元件13，可製成能夠使來自發光元件13之光與來自光轉換構件之光混色的發光裝置(發光裝置形成步驟)。

具體而言，本實施形態之發光裝置包括：封裝12，其包含基部12a及側壁12b；一對導線架11，其係於封裝12之外周添加設置；發光元件13，其設置於藉由側壁12b而形成之於凹部底面露出之一導線架上；導線14，其使發光元件13之各電極(未圖示)與分別對應之導線架電性連接；及光轉換構件100，其包含設置於由側壁12b而構成之凹部之上方之基板5及結合層6(含有螢光體粒子4)。此處，為使基板5成為觀察面側，而使基板5成為外側且使結合層6成為內側。光轉換構件100可介隔包含矽樹脂等之黏著劑與封裝側壁12b結合。

作為發光元件13可使用公知者，例如可設為包含能夠發藍色光或發綠色光之GaN系半導體(In_XAl_YGa_1-X-YN，0≦X，0≦Y，X+Y≦1)之LED(Light Emitting Diode，發光二極體)。

於本實施形態2中，作為光轉換構件100構成為直接包含基板5，但亦可根據需要將基板5變薄或除去。例如，於藉由旋塗於基板5上形成結合層6之情形時，於結合層形成步驟中，基板5需要具有某種程度之厚度。然而，於發光裝置形成步驟中，基板5之厚度亦會成為作業之阻礙，故於此種情形時較佳為將基板5變薄或除去。

<實施形態3>

本發明之實施形態3之發光裝置之特徵在於：藉由於發光元件13上直接形成結合層6而將光轉換層與發光元件一體構成。使結合層6含有螢光體粒子4之方法與實施形態1相同。即，不在基板5上而於發光元件13上直接形成結合層6(結合層形成步驟)，使螢光體粒子4結合於結合層6而製成發光裝置。

例如，如圖5所示，於在具有相對之一對主面之發光元件13之一主面側設置有一對電極13c及13d之情形時，可於與發光元件13之一主面相反側之另一主面上設置包含含有螢光體粒子之結合層6的光轉換層。圖5所示之發光裝置中，例如，可將一主面側設為下側而安裝導線架等導電性構件(面朝下安裝)。

此處，發光元件13係構成為包含成長基板13a、半導體部13b、n電極13c及p電極13d，當然發光元件13之構造不限定於此。例如，即使於具有相互對向之一對主面之發光元件之一主面上設置有n電極且於另一主面上設置有p電極之情形時，亦可於任一之主面上在電極以外之區域設置光轉換層。

於在發光元件上形成結合層6之時，就作業效率之方面而言，較佳為發光元件為晶圓狀。於該情形時，可藉由於結合層硬化步驟之後分割晶圓而製成各個發光元件。

<實施形態4>

於實施形態1至3中結合層硬化步驟之後，進而實施下一個步驟，藉此可形成具有複數層之結合層之光轉換構件(未圖示)。

首先，準備與螢光體粒子4(第1螢光體粒子)不同之第2螢光體粒子(第2螢光體粒子準備步驟)。其次，於實施形態1之硬化之結合層6(第1結合層)之上表面形成第2結合層(第2結合層形成步驟)。其次，藉由使第2螢光體粒子於第2結合層之上方對流，而使第2螢光體粒子結合於第2結合層(第2螢光體粒子結合步驟)。其次，使第2結合層硬化(第2結合層硬化步驟)。

即，藉由將螢光體粒子準備步驟、結合層形成步驟、螢光體粒子結合步驟及結合層硬化步驟重複複數次，可製成積層有含有第1螢光體粒子之第1結合層、與含有第2螢光體粒子之第2結合層的光轉換構件。尤其，於本實施形態中，能夠使第1結合層之上表面含有第1螢光體粒子，故於第1結合層及第2結合層中可實質性連續設置第1螢光體粒子及第2螢光體粒子。藉此，於第1螢光體粒子與第2螢光體粒子之間實質性間隙消失，故可提高光提取效率。

於在光轉換構件上設置複數層之結合層之情形時，較佳為自發光元件側依序製成含有發出長波長之光之螢光體粒子(第1螢光體粒子)的結合層(第1結合層)、及含有發出短波長之光之螢光體粒子(第2螢光體粒子)的結合層(第2結合層)。藉此，可抑制多段激發，故可提高發光效率。例如，藉由將第1螢光體粒子設為發紅色光且將第2螢光體粒子設為發黃色光，可利用來自第1螢光體粒子之發光而抑制第2螢光體粒子之發光。

框體、送風機及支撐台係使用與實施形態1相同者。又，原理亦與實施形態1相同，故省略其說明。

<實施形態5>

於實施形態1之結合層形成步驟中，除於基板之所需之區域形成結合層以外係同樣地形成光轉換構件。藉由於基板上選擇性地形成結合層，可容易地圖案化光轉換構件。

<實施形態6>

於實施形態3之結合層形成步驟中，除於發光元件之表面選擇性地形成結合層以外係同樣地形成發光裝置。藉此，可於發光元件之發光面之表面選擇性地形成光轉換層。

[產業上之可利用性]

本發明之光轉換構件或發光裝置之製造方法可利用於照明用光源、各種指示器用光源、車載用光源、顯示器用光源、液晶之背光用光源、感測器用光源、信號機等各種光源。

1．．．框體

2．．．送風部

3．．．支撐台

4．．．螢光體粒子

5．．．基板

6．．．結合層

10．．．光轉換層

11．．．導線架

12．．．封裝

12a．．．基部

12b．．．側壁

13．．．發光元件

13a．．．成長基板

13b．．．半導體部

13c．．．n電極

13d．．．p電極

14．．．導線

100．．．光轉換構件

圖1係用以說明一實施形態之光轉換構件之製造方法的一模式圖。

圖2係用以說明一實施形態之光轉換構件之製造方法的其他模式圖。

圖3係結合層附近之放大剖面圖。

圖4係一實施形態之發光裝置之剖面模式圖。

圖5係其他實施形態之發光裝置之剖面模式圖。

1．．．框體

2．．．送風部

3．．．支撐台

4．．．螢光體粒子

5．．．基板

6．．．結合層

Claims (7)

1. 一種光轉換層之形成方法，其特徵在於包括以下步驟：準備螢光體粒子；於基體上形成包含樹脂之結合層；使上述結合層含有上述螢光體粒子；及使上述結合層硬化，於使上述結合層含有上述螢光體粒子之步驟中，將上述準備之螢光體粒子自上述結合層之下方颳起而於上述結合層之上方對流，藉此使上述結合層含有上述螢光體粒子。
2. 如請求項1之光轉換層之形成方法，其中於使上述結合層含有上述螢光體粒子之步驟中，使上述結合層含有能夠含有之最大量之螢光體粒子。
3. 如請求項2之光轉換層之形成方法，其中包括於使上述結合層含有上述螢光體粒子之步驟之後，除去該結合層不含有而附著於上述結合層上之過剩之螢光體粒子之步驟。
4. 一種光轉換構件之製造方法，其係製造包含下述基板與下述光轉換層之光轉換構件者，上述基體係基板，且該方法包括藉由如請求項1至3中任一項之光轉換層之形成方法，而於上述基板之一主面上形成光轉換層之步驟。
5. 如請求項4之光轉換構件之製造方法，其中包括於形成上述光轉換層之後，除去上述基板之步驟， 且製造包含上述光轉換層之光轉換構件。
6. 一種發光裝置之製造方法，其特徵在於包括以下步驟：藉由如請求項4或5之光轉換構件之製造方法，製作光轉換構件；準備發光元件；及組合上述發光元件與上述光轉換構件而製成發光裝置。
7. 一種發光裝置之製造方法，其特徵在於：上述基體係發光元件，且該發光裝置之製造方法包括藉由如請求項1至3中任一項之光轉換層之形成方法，於上述發光元件之發光面上形成光轉換層之步驟，該發光裝置包含上述基板與上述光轉換層。