TWI729330B - 玻璃中螢光體顏色轉換元件的製造方法 - Google Patents

玻璃中螢光體顏色轉換元件的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明關於一種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用包含玻璃粉和螢光體的玻璃漿料形成玻璃生片的步驟；層疊多個玻璃生片的步驟；沿層疊方向壓縮多個玻璃生片的層疊體的步驟；對壓縮的多個玻璃生片的層疊體進行加工的步驟；及燒製經過加工的多個玻璃生片的層疊體的步驟，在上述燒製步驟中，將黏度調節為102 泊至105 泊。

Description

玻璃中螢光體顏色轉換元件的製造方法
本發明關於一種PIG顏色轉換元件的製造方法，更具體而言，關於易於加工的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顏色轉換元件根據LED晶片或LED封裝的類型而需要經過孔加工、表面加工、切割等加工。根據現有的PIG顏色轉換元件的製造方法，首先，混合玻璃粉和螢光體，藉由進行加壓成型和燒結來形成為鋼錠（ingot）形狀，然後將其切成所需的厚度，進行表面研磨和拋光，之後，根據要使用的LED晶片或LED封裝的類型經過執行孔加工、切割等的步驟。
根據如上所述的現有製造方法，由於玻璃的固有特性即高脆性和高硬度而在執行孔加工、切割等時難以進行精密加工，在燒製之後，必須伴隨如拋光等的後續步驟，因此存在加工時間和成本增加的問題。
在燒製之後進行加工時，為了解決如上所述的問題，可以考慮在燒製之前進行切割等加工的方法，但在玻璃的情況下，與陶瓷不同，在燒製時實際上無法保持加工的形狀，因此難以進行先加工後燒製。
圖4為示出在燒製陶瓷和玻璃時的顆粒的結合狀態的圖，參照圖4，在陶瓷的情況下，由於在燒製時僅在彼此相鄰的顆粒之間和表面上發生反應並結合，因此很容易保持形狀（參見圖4的（a）部分），但在玻璃的情況下，由於玻璃粉在燒製時熔化並與相鄰顆粒一體化，因此難以保持形狀（參見圖4的（b）部分）。
如上所述，在製造PIG顏色轉換元件時，當為了解決在燒製後進行加工時發生的問題而以在燒製之前進行加工的方式改變步驟時，需要在燒製過程中保持形狀的方案。
另一方面，為了均勻地轉換透過PIG的光的顏色，螢光體必須均勻地分散在玻璃中，但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在PIG顏色轉換元件中的螢光體分佈均勻。在螢光體未均勻分散地布置的情況下，LED產品的色坐標散步變大，從而產品產量可能降低，因此，仍然需要改進在PIG的玻璃中均勻分散布置螢光體。
[先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：韓國授權專利第10-2015-0048948號（2015年05月11日）。
[發明所欲解決的問題]
本發明是為了解決上述現有技術的問題而提出的，其目的在於，提供藉由在燒製之前進行孔加工、切割等加工來減少製造時間和成本且具有優異的加工性的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能夠控制在玻璃中螢光體的分佈均勻的PIG顏色轉換元件的製造方法。
[用以解決問題之手段]
本發明的一實施方式的層疊PIG的製造方法包括：用包含玻璃粉和螢光體的玻璃漿料形成玻璃生片的步驟；層疊多個玻璃生片的步驟；沿層疊方向壓縮多個玻璃生片的層疊體的步驟；對壓縮的多個玻璃生片的層疊體進行加工的步驟；及燒製經過加工的多個玻璃生片的層疊體的步驟，在上述燒製步驟中，將黏度調節為102 泊至105 泊。
在燒製步驟中，可以將黏度調節為103 泊至104 泊。
在對壓縮的多個玻璃生片的層疊體進行加工的步驟中，可以進行孔加工或切割。
在燒製步驟中，燒製溫度可以為300℃~1,000℃。
在層疊多個玻璃生片的步驟中，在確定多個玻璃生片的螢光體含量分佈之後，控制層疊方向，使得螢光體的含量分佈沿層疊方向均勻。
[發明功效]
根據本發明的一實施方式，由於在燒製之前進行孔加工、切割等加工，因此，易於加工，可在燒製時藉由控制黏度來保持加工狀態。此外，在燒製之後無需進行拋光等的步驟，因此沒有據此的加工損失，且可以顯著減少製造時間和成本。
並且，藉由以層疊多個玻璃生片的方式形成PIG顏色轉換元件，從而可以控制玻璃中螢光體的分佈均勻。
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顏色轉換元件的製造方法
圖1為順次記載本發明的一實施例的PIG顏色轉換元件的製造步驟的流程圖，圖2為示意性示出根據本發明的一實施例PIG顏色轉換元件的製造過程的圖。參照圖1和圖2，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，形成裝入有螢光體的玻璃生片（S110）。如圖2的（a）部分所示，玻璃生片110以在玻璃112中分散螢光體114的形式形成。
為了形成玻璃生片110，準備包含玻璃粉、螢光體、黏合劑樹脂及溶劑的玻璃漿料。
玻璃粉用作形成玻璃生片的母材。螢光體與玻璃粉混合，以轉換從LED晶片發射的光的顏色。
根據本實施例的螢光體的實例可以為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螢光體作為螢光體時，構成母材的玻璃粉可以為包含SiO2 、Al2 O3 、鹼土金屬氧化物（MgO、CrO、SrO、BaO）或B2 O3 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，在本實施例中，玻璃料可以包括轉變溫度為250℃~800℃、燒製溫度為300℃~1000℃、透光率為70%或更高的已知的成分。
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。
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並除去。然而，各個成分的組成比不限於此。
如上所述準備的玻璃漿料可以藉由流延成型形成為玻璃生片。
圖3為示出根據本發明的一實施例藉由流延成型形成玻璃生片的步驟的圖，參照圖3，對根據本實施例的玻璃生片的形成過程進行說明。
當載體膜C藉由設置在支撐台20的一端的載體膜卷取輥30在一個方向上輸送時，若將玻璃漿料110a注入到安裝於支撐台上部的漿料容器10的內部，玻璃漿料110a則藉由安裝在漿料容器10的外部的刮刀40以恆定的厚度塗覆在載體膜C上。如上所述，以恆定的厚度塗布於載體膜C上的玻璃漿料110a在藉由乾燥器的同時進行乾燥，以成為玻璃生片110，玻璃生片110由生片卷取輥60卷繞。
藉由如上所述的過程，玻璃生片110以恆定的厚度形成在載體膜C上，且從載體膜C選擇性地分離來使用。
在本實施例中，雖然說明藉由流延成型形成玻璃生片110，但本發明不限於此，也可以藉由注射成型、擠出成型、壓製成型、絲網印刷等方式形成。
根據本實施例，玻璃生片110的厚度可以為10~200㎛。若玻璃生片110的厚度小於10㎛，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200㎛，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。
在形成玻璃生片110之後，層疊多個玻璃生片110（S120）。如上所述，當藉由流延成型形成玻璃生片時，可以將卷繞的玻璃生片切成合適的大小以準備多個玻璃生片，然後將其層疊。此時，為了層疊，多個玻璃生片較佳具有相同的大小。
當層疊多個玻璃生片110時，較佳地，根據需要在確定各個玻璃生片110的螢光體含量分佈之後進行層疊，以使螢光體的分佈均勻布置。
圖2的（b）部分示出以使螢光體的分佈均勻布置的方式層疊的形狀，藉由預先確定各個玻璃生片110的螢光體含量分佈之後進行層疊，從而可以控制螢光體的分佈沿着層疊方向均勻。
其次，壓縮所層疊的多個玻璃生片110（S130）。所層疊的多個玻璃生片110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。由此，如圖2的（c）部分所示，形成螢光體114沿玻璃生片110的層疊方向均勻分散布置的層疊體110’。
在層疊並壓縮多個玻璃生片110之後，先進行切割（即，切割成要使用的LED晶片尺寸）、孔加工等的加工（S140），然後進行燒製（S150）。
圖2的（d）部分為示出在藉由孔加工形成孔116之後，藉由燒製形成的PIG顏色轉換元件100。在本實施例中，確定燒製條件，使得即使在燒製之前進行加工，然後燒製，也能夠保持加工的狀態。
在本實施例中，可以在150℃~1,000℃下進行燒製。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。
如上所述，根據本發明的一實施例，在層疊並壓縮多個玻璃生片之後，在燒製之前進行切割、孔加工等加工，從而，可容易進行加工，且可以加工成各種形狀。並且，藉由在進行切割、孔加工等的加工之後在特定條件下進行燒製，從而，即使在燒製後也可以保持加工狀態，因此在燒製後不需要進行拋光等的後續步驟，以能夠顯著降低製造時間和成本。
實驗例
下面，在PIG顏色轉換元件的製造中，藉由具體實驗例，重新說明在進行如孔加工、切割等加工之後進行燒製時的較佳燒製條件。
表1示出對在製造PIG顏色轉換元件時根據燒製條件的PIG顏色轉換元件的加工狀態和在燒製後形狀進行測定的實驗結果。為了製造在本實驗例中的PIG顏色轉換元件，使用混合40~60wt%的包括燒結溫度為810℃的硼矽酸鹽作為主要成分的玻璃粉、10~30wt%的YAG螢光體及20~50wt%的丙烯酸黏合劑樹脂來形成的玻璃生片，對根據各個黏度的在燒製前加工狀態和在燒製後形狀進行評價，以O表示良好的情況，以X表示不良的情況。
表1
Figure 107143714-A0304-0001
參照表1，可以確認，在燒製時的黏度為102 泊至105 泊的情況下，在燒製前加工狀態良好。尤其，可以確認，在燒製時的黏度小於103 泊的情況下，由於在燒製中的過度流動現象而形狀坍塌，在燒製時的黏度大於104 泊的情況下，由於高固體含量而發生未燒製現象，因此在燒製後的形狀不合適。
如上所述，在本發明的一實施例中，將在燒製時的黏度調節在102 泊至105 泊的範圍，較佳地，調節在103 泊至104 泊的範圍，從而，即使在加工玻璃生片的層疊體之後進行燒製，也可以獲得良好的加工狀態和外圍形狀，並且無需進行如拋光等的後續步驟，因此能夠顯著減少製造時間和成本。
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。
S110‧‧‧形成玻璃生片S120‧‧‧層疊玻璃生片S130‧‧‧壓縮S140‧‧‧加工S150‧‧‧燒製10‧‧‧漿料容器20‧‧‧支撐台30‧‧‧載體膜卷取輥40‧‧‧刮刀60‧‧‧生片卷取輥100‧‧‧PIG顏色轉換元件110‧‧‧玻璃生片110’‧‧‧層疊體110a‧‧‧玻璃漿料112‧‧‧玻璃114‧‧‧螢光體116‧‧‧孔C‧‧‧載體膜
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管封裝中的色坐標散布的測量結果的圖。
S110‧‧‧形成玻璃生片
S120‧‧‧層疊玻璃生片
S130‧‧‧壓縮
S140‧‧‧加工
S150‧‧‧燒製

Claims (2)

  1. 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：用包含玻璃粉和螢光體的玻璃漿料形成玻璃生片的步驟；層疊多個前述玻璃生片的步驟；沿層疊方向壓縮多個前述玻璃生片的層疊體的步驟；對壓縮的多個前述玻璃生片的前述層疊體進行加工的步驟；及燒製經過加工的多個前述玻璃生片的前述層疊體的步驟；在前述燒製步驟中，將黏度調節為103泊至104泊；其中，在前述加工步驟中，進行孔加工，玻璃料的轉變溫度為250℃至800℃，且在前述燒製步驟中，燒製溫度為300℃至1,000℃。
  2. 如請求項1所述之製造方法，其中，在前述層疊步驟中，在確定多個前述玻璃生片的螢光體含量分佈之後，控制層疊方向，使得螢光體的含量分佈沿層疊方向均勻。
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