TWI689474B - 玻璃中螢光體顏色轉換元件的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種PIG顏色轉換元件的製造方法。本發明的一實施方式的PIG顏色轉換元件的製造方法包括：分別準備由含有螢光體的玻璃漿料形成的第一玻璃生片和由不含有螢光體的玻璃漿料形成的第二玻璃生片的步驟；在上述第一玻璃生片的兩側分別層疊上述第二玻璃生片的步驟；壓縮上述第一玻璃生片和上述第二玻璃生片的層疊體的步驟；及燒製經過壓縮的上述層疊體的步驟。
Description
本發明關於一種PIG顏色轉換元件的製造方法，更具體而言，涉及螢光體不暴露在表面上的PIG顏色轉換元件的製造方法。
作為用於轉換從如發光二極體(Light Emitting Diode，LED)等的發光裝置發射的光的顏色的元件，已使用在樹脂、有機材料或玻璃中分散螢光體而成的裝置。
其中，與在樹脂或有機材料中混合螢光體的形式的顏色轉換元件相比，對在玻璃中分散螢光體而成的玻璃中螢光體(Phosphor in Glass，PIG)顏色轉換元件而言，由於高溫引起的劣化問題較少，且對於氣體和濕氣滲透具有良好的耐受性，因此，其使用範圍逐漸擴展到需要高可靠性的LED應用範圍等。
PIG顏色轉換元件可以藉由將螢光體與玻璃粉混合，將該混合物成型為板狀並燒製來製造。然而，根據這種製造方法，由於螢光體和玻璃的比重和粒徑的差異、過程變量及其他環境等而實際上無法使螢光體均勻分
佈在PIG顏色轉換元件中，尤其，在燒製後，螢光體有可能暴露在顏色轉換元件的表面上。
PIG顏色轉換元件根據使用的LED晶片和LED封裝的類型而需要經過孔加工、表面加工、切割等工藝。此時，若螢光體暴露在PIG顏色轉換元件的表面上，則在進行如孔加工、表面加工、切割等工藝的過程中，暴露在表面上的螢光體可能會脫落。
如上所述，在PIG顏色轉換元件的加工過程中螢光體脫落時，存在使用PIG顏色轉換元件的LED封裝的發光效率降低，色坐標改變等問題。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：韓國授權專利公報第10-1484634號(2015.01.21.)。
本發明是為了解決上述先前技術的問題而提出的，其目的在於，提供一種螢光體不暴露在表面上的PIG顏色轉換元件的製造方法。
並且，本發明的另一目的在於，提供一種能夠提高LED封裝的發光效率的PIG顏色轉換元件的製造方法。
根據本發明的一實施方式的PIG顏色轉換元件的製造方法包括：分別準備由玻璃漿料形成的第一玻璃生片和由不含有螢光體的玻璃漿料形成的第二玻璃生片的步驟；在第一玻璃生片的兩側分別層疊第二玻璃生片的步驟；壓縮第一玻璃生片和第二玻璃生片的層疊體的步驟；及燒製經過壓縮的層疊體的步驟。
根據本發明的一實施方式，在第一玻璃生片的兩側分別層疊上述第二玻璃生片的步驟中，多個第一玻璃生片可以層疊在第二玻璃生片之間。
根據本發明的一實施方式，在形成第一玻璃生片的玻璃漿料中所含有的玻璃粉的組分和在形成第二玻璃生片的玻璃漿料中所含有的玻璃粉的組分可以相同。
根據本發明的一實施方式，在燒製經過壓縮的層疊體的步驟之前，還可包括對經過壓縮的層疊體進行加工的步驟。
根據本發明的一實施方式，對經過壓縮的層疊體進行的加工可以包括孔加工或切削。
根據本發明的一實施方式，第一玻璃生片的厚度可以為10~200μm。
根據本發明的一實施方式，由於不包括螢光體的第二
玻璃生片布置在包括螢光體的第一玻璃生片的兩側，因此螢光體不暴露在表面上，從而能夠防止在PIG顏色轉換元件的加工過程中螢光體脫落的問題。
並且，藉由防止螢光體脫落等來可以提高使用PIG顏色轉換元件的LED封裝的發光效率和產量。
10、100‧‧‧PIG顏色轉換元件
15‧‧‧氣泡
110‧‧‧第一玻璃生片
11、111‧‧‧母材
13、113‧‧‧螢光體
120‧‧‧第二玻璃生片
圖1為示出本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的截面的圖。
圖2為示出本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件和比較例的PIG顏色轉換元件的表面狀態的圖。
圖3為順次示出本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的製造過程的圖。
圖4為分別示出使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件和比較例的PIG顏色轉換元件的光二極體封裝中的色坐標散布的測量結果的圖。
以下，參照圖式，以能夠使本發明所屬技術領域中具有通常知識者容易實施的程度對本發明的較佳實施例進行詳細的說明。為了明確說明本發明而省略了與說明無關的部分，在說明書全文中，對於相同或類似的結構要素，標註了相同的元件符號。
在本發明全文中，當一個組件被記載為在另一個組件“之上”或“上”時，這既包括上述組件“直接”位
於另一個組件上的情況，也包括中間存在其他組件夾在其中的情況。並且，為了便於說明，任意地示出了圖式中所示的每個部件的尺寸、厚度等，因此本發明不必限於圖式中所示。
也就是說，在不超過本發明的精神和範圍的基礎上，關於本文中記載的特定形狀、結構及形狀的本發明的一實施方式能夠以其他的實施方式變更實現。此外，應理解為，個別組件的位置或配置在不脫離本發明的精神和範圍的基礎上能夠進行變更。因此，後述的本發明的詳細說明並非旨在限定，本發明的範圍包括申請專利範圍中
所要求的範圍以及與其等同的所有範圍。
PIG顏色轉換元件
圖1為示出本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的截面的圖，參照圖1，本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件100可以包括第一玻璃生片110和第二玻璃生片120。
根據本實施例的PIG顏色轉換元件100的第一玻璃生片110可以藉由將螢光體113分散於由玻璃粉形成的母材111中而形成。
螢光體113用於轉換從LED晶片發射的光的顏色，根據本實施例的螢光體113的實例可以為YAG基、LuAg基、TAG基、矽酸鹽基、SiAlON基、BOS基、CaSiN基、氮氧化物基及KSF基等已知的各種螢光體。
由於螢光體的性能根據溫度而急劇降低，因
此，較佳地，選擇具有適合於每種螢光體的燒製溫度的玻璃粉成分，以顯示最佳的顏色轉換效率。例如，當使用YAG螢光體作為第一玻璃生片110的螢光體113時，構成母材111的玻璃粉可以為包含SiO2、Al2O3、鹼土金屬氧化物(MgO、CrO、SrO、BaO)或B2O3作為主要成分的鋁硼矽酸鹽玻璃成分。當然，玻璃粉的成分不限於此，可以根據透光率、燒製溫度、PIG顏色轉換元件的形狀、使用用途等來在已知成分中選擇合適成分。
與第一玻璃生片110不同地，根據本實施例的PIG顏色轉換元件100的第二玻璃生片120可以由不包含螢光體的玻璃形成。考慮到燒製條件，構成第二玻璃生片120的玻璃粉的成分較佳與第一玻璃生片110的玻璃粉成分相同，但本發明不限於此，構成第二玻璃生片120的玻璃粉成分可以選用在已知的成分中的合適成分。
如圖所示，在本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件100中，一對第二玻璃生片120可以布置成覆蓋第一玻璃生片110的兩面(圖中上面和下面)。由此，在製造第一玻璃生片110的過程中，即使螢光體113暴露在第一玻璃生片110的表面上，也由於第二玻璃生片120覆蓋第一玻璃生片110的表面，因此螢光體不暴露在PIG顏色轉換元件100的表面上。
圖2為示出本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件和比較例的PIG顏色轉換元件的表面狀態的圖，具體而言，示出在從上面觀察時的不包含螢光體的第二玻璃生
片布置成覆蓋包含螢光體的第一玻璃生片的兩面的本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件100和僅由包含螢光體的玻璃生片形成的比較例的PIG顏色轉換元件10的形狀。
參照圖2，首先，在比較例的PIG顏色轉換元件10的情況下，分散布置於由玻璃粉構成的母材11中的螢光體13暴露在表面上。此外，可以確認氣泡15也形成在PIG顏色轉換元件10的表面上(參照圖2的(a)部分)。
與此相比，在本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件100的情況下，如上所述，不包含螢光體的第二玻璃生片起到蓋玻片的功能，從而可以確認螢光體不暴露在PIG顏色轉換元件100的表面上(參照圖2的(b)部分)。
如上所述，在本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件100中，螢光體不暴露在表面上，且氣泡也不形成在表面上。因此，即使對PIG顏色轉換元件100進行孔加工、表面加工或切割，也可以防止螢光體在上述加工步驟中脫落或損壞，並且在加工之前和之後具有光滑的表面。這不僅導致PIG顏色轉換元件的產量提高，而且還可提高使用PIG顏色轉換元件的LED封裝的發光效率。
PIG顏色轉換元件的製造方法
圖3為依序示出本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的製造過程的圖，下面，參照圖3對本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的製造方法進行說明。
為了製造本發明的一實施例的PIG顏色轉換
元件，首先，準備第一玻璃生片110和第二玻璃生片120(S110)。
第一玻璃生片110可以由包含玻璃粉、螢光體、黏合劑樹脂及溶劑的玻璃漿料製成。
如上所述，玻璃粉用作形成第一玻璃生片110的母材111，可以包括包含SiO2、Al2O3、鹼土金屬氧化物(MgO、CrO、SrO、BaO)或B2O3作為主要成分的鋁硼矽酸鹽玻璃成分，除此之外，還可以由已知的玻璃成分構成。螢光體113用來轉換顏色，可以為YAG基、LuAg基、TAG基、矽酸鹽基、SiAlON基、BOS基、CaSiN基、氮氧化物基及KSF基等已知的各種螢光體。黏合劑樹脂為了在玻璃粉之間提供黏合力而被添加，並且可以為如聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral，PVB)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、丙烯酸基和纖維素基等已知的樹脂。並且，溶劑用來控制玻璃漿料的黏度，其可以將醇基溶劑、酮基溶劑等單獨使用或兩種或多種組合使用。
在本實施例中，玻璃漿料可以包含0.1~50wt%的螢光體、0.5~50wt%的黏合劑樹脂及剩餘的玻璃粉，且溶劑在乾燥過程中被揮發併除去。然而，各個成分的組成比不限於此。
與第一玻璃生片110不同地，第二玻璃生片120可以不包含螢光體，且可以由包含玻璃粉、黏合劑樹脂及溶劑的玻璃漿料製成。考慮到燒製條件，用於製造第二玻璃生片120的玻璃漿料的各個成分可以與第一玻璃生片
110相同。當然，本發明不限於此，可以使用與第一玻璃生片110不同的已知的玻璃粉、黏合劑、溶劑的成分。
每個製備的玻璃漿料可以藉由流延成型、注射成型、擠出成型、壓製成型、絲網印刷等方式形成為第一玻璃生片110和第二玻璃生片120。例如，在流延成型的情況下，可以將玻璃漿料以一定厚度塗布於沿一個方向上輸送的載體膜上，然後在藉由乾燥器的同時進行乾燥，以成型為各個玻璃生片。
另一方面，第一玻璃生片110的厚度可以為10~200μm。若第一玻璃生片110的厚度小於10μm，則上述厚度小於螢光體的平均粒徑，因此難以控制螢光體的分佈，若上述厚度大於200μm，則在成型步驟中，由於重力而螢光體沉降，因此也難以均勻地布置螢光體的分佈。
在分別準備第一玻璃生片和第二玻璃生片之後，層疊第一玻璃生片和第二玻璃生片(S120)。
在本實施例中，可以以用第二玻璃生片120覆蓋第一玻璃生片110的兩面的方式進行層疊，較佳地，所層疊的第一玻璃生片110和第二玻璃生片120具有相同的大小，即，相同的面積。
在本實施例中，雖然說明將一對第二玻璃生片120層疊於一個第一玻璃生片110的兩面上，但與此不同地，可以將多個第一玻璃生片110層疊於一對第二玻璃生片120之間。在將多個第一玻璃生片110層疊於一對第二玻璃生片120之間時，較佳地，確定各個第一玻璃生片110的螢
光體含量分佈，然後控制各個第一玻璃生片110的布置，使得螢光體的分佈沿着層疊方向均勻。在此情況下，較佳地，所層疊的各個第一玻璃生片110也具有相同的面積。
在第一玻璃生片的兩面層疊第二玻璃生片之後，將其沿層疊方向壓縮(S130)。
在本實施例中，第一玻璃生片110和第二玻璃生片120的層疊體的壓縮可以使用ISO壓力機或單軸壓力機(uni-axial press)來在20~200℃下進行。
在壓縮第一玻璃生片和第二玻璃生片的層疊體之後，對其進行燒製(S140)。
在本實施例中，可以在150℃~1,000℃下進行燒製。具體的燒製溫度可以根據每個玻璃組分的軟化溫度而不同，當燒製溫度低於150℃時(即，當燒製溫度低於軟化開始溫度時)，由於在燒製過程中燒製不充分，因此玻璃中可能產生大量氣泡，導致透光率和光提取效率降低。與此相反地，當燒製溫度高於1,000℃時(即，當燒製溫度過度高於軟化開始溫度時)，無法控制形狀，並且螢光體可能劣化，導致發光效率降低。燒製按升溫、保溫及冷卻的順序進行，燒製保持時間較佳為5~120分鐘。若燒製保持時間小於5分鐘，則燒製可能不充分。若燒製保持時間大於120分鐘，則由於螢光體與玻璃粉之間的反應和過度的形狀變形，螢光體性能可能劣化，或可能出現形狀不良等問題。
另一方面，如上所述，PIG顏色轉換元件根據使用的LED晶片和LED封裝的類型，可能需要孔加工、表
面加工及切割等步驟。通常，在燒製之後進行上述孔加工、表面加工及切割等步驟。然而，在燒製之後，由於玻璃的固有特性即高脆性和高硬度而精密加工本身就很困難，在加工過程中可能導致玻璃破裂，從而必須伴隨如拋光等的後續步驟，因此在時間和成本方面不經濟。
因此，在本實施例中，可在壓縮第一玻璃生片110和第二玻璃生片120的層疊體之後，在燒製之前進行所需的孔加工、表面加工及切割等步驟。如上所述，為了在燒製之前進行加工步驟，較佳將在燒製之前的漿料的黏度調節在102泊至105泊的範圍。若在燒製之前的漿料的黏度小於102泊，則在流延成型和後加工步驟中可能出現形狀坍塌的問題，若在燒製之前的漿料的黏度大於105泊，則流延成型步驟的均勻性降低，且在後加工步驟中難以控制形狀。
根據本發明的一實施例，雖然說明在燒製之前進行孔加工、表面加工及切割等，但本發明不限於此，根據情況，可以先進行燒製，然後進行孔加工、表面加工及切割等步驟。
根據如上所述的本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的製造方法，藉由將含有螢光體的一個或更多個第一玻璃生片110布置並層疊在一對第二玻璃生片120之間，從而，即使在第一玻璃生片110的製造過程中，螢光體暴露在第一玻璃生片110的表面上，或氣泡形成在表面上，也可以使螢光體或氣泡不暴露在作為最終產物的PIG顏色
轉換元件100的表面上。也就是說，根據本發明的一實施例，第二玻璃生片120用作含有螢光體的第一玻璃生片110的蓋板，以使螢光體不暴露在表面上，從而防止在後續的加工步驟中螢光體脫落，因此能夠提高發光效率。
並且，根據本發明的一實施例，藉由以將至少一個第一玻璃生片110和第二玻璃生片120層疊的方式製造PIG顏色轉換元件100，從而，可以以調節各個玻璃生片的厚度或調節要層疊的玻璃生片的數量的方式容易地控制PIG顏色轉換元件100的厚度。
實驗例
在下文中，藉由本發明的一實施例和比較例的PIG顏色轉換元件的光學特性檢查結果來具體說明本發明的效果。
本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件藉由將不含有螢光體的第二玻璃生片層疊並壓縮在含有螢光體的第一玻璃生片的兩面之後，進行燒製來製造。比較例的PIG顏色轉換元件藉由對含有螢光體的玻璃生片進行燒製來製造。其中，作為用於製造玻璃生片的玻璃粉，使用最佳燒製溫度為650℃±20℃的硼矽酸鹽玻璃。作為螢光體，使用LuAG和Amber的異種螢光體的組合，且相對於玻璃粉混合30wt%來進行。
表1示出使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件和比較例的PIG顏色轉換元件的各個LED封裝的色
坐標散布的測定結果。圖4為在坐標上示出表1的結果的圖，在圖4中，右側上端的分佈和左側下端的分佈分別示出使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件和比較例的PIG顏色轉換元件的LED封裝的色坐標散布。
參照表1和圖4，可以確認，在使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的LED封裝的情況下，與使用比較例的PIG顏色轉換元件的LED封裝相比，色坐標散布顯著減少。這意味着，在使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件時，螢光體不暴露在顏色轉換元件的表面上，因此可以製造均勻品質的LED封裝，因此，根據本發明的一實施例，可以顯著提高產品產量。
表2示出使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件和比較例的PIG顏色轉換元件的各個LED封裝的光效率的測定結果。
表2
參照表2，可以確認，在使用本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的LED封裝的情況下，與使用比較例的PIG顏色轉換元件的LED封裝相比，光效率提高約14.3%。
這是因為，在本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件中，用不包含螢光體的覆蓋玻璃片(即，第二玻璃生片)覆蓋含有螢光體的玻璃片(即，第一玻璃生片)的兩面，然後進行加工和燒製，因此螢光體不脫落，且能夠保持光滑的表面之故。
以上雖參照圖式對本發明的實施例進行了描述，但是本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，在不改變本發明的技術思想或必須特徵的前提下可將其實施為其他具體形態。因此，應該理解，上述實施例在所有方面都是示例性的和非限制性的。
100‧‧‧PIG顏色轉換元件
110‧‧‧第一玻璃生片
111‧‧‧母材
113‧‧‧螢光體
120‧‧‧第二玻璃生片
Claims (4)
- 一種玻璃中螢光體(PIG)顏色轉換元件的製造方法，包括以下步驟：分別準備由含有螢光體的玻璃漿料形成的第一玻璃生片和由不含有螢光體的玻璃漿料形成的第二玻璃生片的步驟；在前述第一玻璃生片的兩側分別層疊前述第二玻璃生片的步驟；壓縮前述第一玻璃生片和前述第二玻璃生片的層疊體的步驟；及燒製經過壓縮的前述層疊體的步驟；其中，前述螢光體不暴露在表面上；其中，在前述第一玻璃生片的兩側分別層疊前述第二玻璃生片的步驟中，多個前述第一玻璃生片層疊在前述第二玻璃生片之間；其中，在形成前述第一玻璃生片的玻璃漿料中所含有的玻璃粉的組分和在形成前述第二玻璃生片的玻璃漿料中所含有的玻璃粉的組分相同。
- 如請求項1所記載之玻璃中螢光體(PIG)顏色轉換元件的製造方法，其中，在燒製經過壓縮的前述層疊體的步驟之前，還包括對經過壓縮的前述層疊體進行加工的步驟。
- 如請求項2所記載之玻璃中螢光體(PIG)顏色轉換元件的製造方法，其中，對經過壓縮的前述層疊體進行的加 工包括孔加工或切削。
- 如請求項1所記載之玻璃中螢光體(PIG)顏色轉換元件的製造方法，其中，前述第一玻璃生片的厚度為10~200μm。
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