WO2016006120A1 - Ｌｅｄの製造方法及びｌｅｄ - Google Patents

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松永　正文
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an LED by applying a phosphor to the LED and the manufactured LED.
  • the present invention relates to a method of filling or coating a LED with a resin, a solution, a slurry containing phosphor, etc., and drying and curing, and further relates to a method for manufacturing a white light emitting LED.
  • the LED member means a member or the like as an intermediate part in the process of manufacturing an LED as a finished product
  • the application of the present invention means continuous or intermittent dispensing or inkjet. , Micro curtain application, slot nozzle application, screen printing method, atomization application, electrostatic atomization application, spray, and the like.
  • a white light emitting LED near ultraviolet light, blue light emitting diodes, R (red), G (green), B (blue) phosphors and at least one YAG, TAG, silica (silica) based fluorescence Dispense slurry with a combination of R and G phosphors and binders such as two-component reactive thermosetting silicone to increase body and color rendering, and dispense with solvent.
  • the LED was directly sprayed and coated using a spray device, which is a kind of fine particle generator, with a reduced viscosity.
  • Patent Document 1 has been proposed by the present applicant, and a slurry containing phosphor, binder, and solvent is formed into particles with compressed air on a heated LED chip, and a pulsed spray flow is formed in a thin film.
  • Patent Document 2 an LED chip is coated with a binder such as silicone and cured, and a slurry made of a phosphor, a binder and a solvent is applied thereon, and if necessary, a diffusion material or the like is applied. A method of laminating them by mixing them has been proposed. *
  • Non-Patent Document 1 The method using a dispenser as disclosed in Non-Patent Document 1 or the like is mounted inside a cup such as a bullet-type LED that is not high power or a backlight. Many of these chips are used for mass production by filling the slurry. *
  • Patent Document 2 discloses a method in which a binder is coated on an LED chip and cured, and then a slurry containing phosphor is coated thereon by an air spray method.
  • a method using a normal air spray is a coating method. It is common knowledge in the industry that efficiency is extremely poor.
  • Non-Patent Document 1 when a slurry made of a binder such as solventless silicone and a phosphor is applied with a dispenser using a simple device as disclosed in Non-Patent Document 1 or the like, masking is not required and productivity is high. As shown in FIG. 7, the center of the LED chip swells, the end becomes thin, and not only vertical light but also the spatial distribution is bad, which is unsuitable for high power illumination. Moreover, even if the slurry was filled by replacing the reflector with a dam, the film thickness was too thick, resulting in loss of light due to irregular reflection or the like, leading to loss of phosphor efficiency.
  • a binder such as solventless silicone and a phosphor
  • the silicone resin of the binder uses a two-component curing type, so it cannot be used for a long time due to pot life, but a large amount of slurry is created to stabilize the coating quality. Because it was necessary, the slurries past the pot life were discarded in large quantities, so the usage efficiency was extremely low.
  • the electrophoretic method of US6576488B2 that can form a phosphor film uniformly was ideal, but the process was complicated and it was apt to be avoided in the industry. There has been a need in the industry to form a phosphor film as thinly and uniformly as possible on an LED chip to increase the usage efficiency of the phosphor.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an LED manufacturing method that has far superior performance than a general construction method and high use efficiency of a phosphor.
  • At least one layer of a first slurry having a weight ratio of 0.01: 1 to 1: 1 is applied to or filled in an LED on a substrate on which a plurality of LEDs are arranged, comprising at least a first phosphor and a binder.
  • a method for producing an LED is provided, wherein the body or the second phosphor and the binder mixture are recovered.
  • the present invention provides a first step in which the substrate on which the plurality of LEDs are arranged is a wafer level LED or a ceramic substrate LED, and a mask having an LED portion opened is set on the substrate, and the first phosphor and binder
  • a mask comprising a third step of filling or coating at least one layer of a second slurry comprising a mixture of a phosphor and a binder in a weight ratio of 1: 0.01 to 1: 0.5 and a solvent.
  • Provided is a method for manufacturing an LED, wherein the second phosphor or the mixture of the second phosphor and a binder adhering to the upper phosphor is collected.
  • the present invention also provides a first step of setting a first mask having an LED portion of a wafer level LED or a ceramic substrate LED on the substrate, and the weight ratio of the first phosphor to the binder is 0.01: 1.
  • a manufacturing method is provided.
  • the slurry containing at least the second phosphor is applied by spraying or fine particles generated by a fine particle generator.
  • the spraying or fine particle coating is performed in a pulsed manner of 5 to 200 Hz.
  • the first phosphor and the second phosphor are of the same type.
  • the mask corresponds to the type of each phosphor.
  • the LED is a near-ultraviolet LED
  • the first phosphor is a mixed color of blue, green, and red phosphors
  • the second phosphor is used for stacking blue, green, and red.
  • a method for manufacturing an LED wherein a mask is prepared corresponding to each phosphor type.
  • the present invention provides a method for producing an LED, wherein the mask is removed and a binder is applied from above the slurry layer containing at least the second phosphor.
  • the present invention provides an LED manufactured by the coating or filling method using a mask by diluting a collected phosphor or a mixture of the phosphor and a binder with a solvent to form a slurry.
  • the first phosphor and binder mixture layer is rich in binder, there is no problem in adhesion with the lens mold in the final process.
  • a solvent can be added to the first phosphor and binder mixture in the first layer to increase fluidity, and the desired portion can be easily filled. By doing so, application such as pulse spraying can be easily performed.
  • the lead frame type LED is formed with a reflector, it is not necessary to form a dam when filling, and a mask is not required, so that productivity can be increased. If the filling level of the first slurry is within the upper surface of the LED plus or minus 30 microns and the second phosphor slurry or phosphor rich slurry is filled with a thin film, not only the performance but also the productivity is dramatically improved. Naturally, this method can also be applied to ceramic substrate type LEDs and COB (Chip On Board), etc., and can be used to create dams at locations where filling is desired, or to set a mask with an opening where filling is desired on the substrate and fill with phosphors . In the case of COB, after filling the slurry made of the first phosphor to promote the curing of the binder, a mask corresponding to each LED can be set and the slurry made of the second phosphor can be filled or applied.
  • COB Chip On Board
  • the filling may be potting, but the filling may be performed by lowering the air pressure and flow rate of the air spray or air assist spray.
  • the filling may be pulsed.
  • the air pressure is 5 to 100 KPa and the flow rate is 1 to 20 NL / min. Good. By doing so, slurries adhere with coarse particles, so that scattering can be suppressed.
  • a three-dimensional mask that covers the reflector should be installed.
  • the slurry containing the second phosphor can be transported by impacting the pulsed spray or on the jet stream from above the first slurry filling layer or coating layer, so that the phosphor can be transferred to the binder-rich layer. Can be attached to sink.
  • the solvent or dispersion medium for producing the slurry by dispersing the phosphor in the solvent is a mild alcohol solvent such as ethanol, water or a mixture thereof, and further a liquefied gas such as liquefied carbon dioxide gas. Can be used.
  • a mild alcohol solvent such as ethanol, water or a mixture thereof
  • a liquefied gas such as liquefied carbon dioxide gas.
  • the solvent or dispersion medium is poorly soluble in silicone. desirable.
  • the amount of the phosphor can convert the light emitted from the side wall to a desired color temperature.
  • the LED is filled with a slurry and covered, it is preferable to improve the wettability of the LED surface with a frame (flame), corona, plasma treatment or the like.
  • 1 is a schematic cross-sectional view according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic cross-sectional view according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a mask according to an embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing of LED obtained by this invention. It is a schematic sectional drawing by the conventional dispensing system.
  • 1 is a schematic cross-sectional view according to an embodiment of the present invention. 1 is a schematic cross-sectional view according to an embodiment of the present invention.
  • an LED is formed by laminating slurries with a thin film while impacting a pulsed spray flow, and more specifically, using the method and apparatus of Japanese Patent Application No. 2011-200395 to which the present applicant has the right.
  • the side surface can also be coated, and the coating efficiency can be 95% or more, and a suitable coating film can be formed.
  • the use efficiency of the phosphor was extremely poor because it was applied to unnecessary parts.
  • the pitch between the LEDs on the substrate was wide, the actual usage efficiency of the phosphor was even less than 5%. *
  • the ratio of the phosphor is required to be larger than that of the binder. If too much phosphor is used, the adhesion to the substrate is deteriorated during resin lens molding. Needed to leave a mask and not coat.
  • the mask 14 is set so as not to interfere with the LED chip 11 and the wire 12. Then, a binder-rich slurry is filled or applied from the mask opening, and if necessary, curing of the binder is promoted, and then a slurry made of the second phosphor is filled or coated thereon. It is preferable to dilute the binder or the mixture of the first phosphor and the binder with a soluble solvent so that it can be easily filled and bubbles are not easily mixed.
  • the filling method it is preferable to perform surface treatment with plasma or the like in advance in order to improve the wettability of the LED, and it is more preferable to apply a solvent to the filling portion in advance.
  • the dry and cured slurryy filling level should be within ⁇ 30 micrometers of the LED height to improve the edge cover and reduce the total film thickness. This is preferable because the spatial color temperature can be easily adjusted.
  • the substrate in order to prevent sedimentation of the phosphor after filling, the substrate should be heated, and it is preferable to accelerate the curing of the binder every time any mixture or slurry is filled or applied.
  • the viscosity can be reduced by making a slurry containing a solvent.
  • an LED or a substrate including the LED is coated with a mixture including a binder and a first phosphor.
  • a solvent or a diffusing material may be added to the mixture.
  • the pulsed spray which added the impact is suitable.
  • the phosphor content is preferably 50% or less by weight, and ideally 3 to 30% or less, considering the adhesion of the lens mold resin in the subsequent process. The reason is that if a phosphor is present rather than only a binder, thixotropic properties are improved and side wall dripping and edge shrinkage are unlikely to occur.
  • the phosphor content should be determined by the amount of light emitted from the side of the LED and the color conversion per volume.
  • LEDs are adsorbed by an adsorption heating table to conduct heat, so it is preferable to employ a heat-insulating mask or weaken the adsorption force to the mask. After filling or coating, the mask can be quickly removed, the substrate can be adsorbed, and curing can be accelerated rapidly by a table or far infrared heater heated to 50 to 120 ° C. *
  • the second slurry is spray-coated with an applicator at least a part of the slurry coating layer including the first phosphor filled around the LED 31 or, if necessary, to the top of the LED, and the phosphor layer. 35 is formed.
  • the 3 to 15-layer spray coating with a thin film can more uniformly disperse the phosphor, thereby improving the performance.
  • a mask 34 is set on the top of the LED, and the mask opening and coating area should be determined by the structure of the LED, the ratio of the phosphor around or above the LED, etc. . Further, except for the Philip chip type, the mask position is set higher than the wire 32, so that handling becomes easy and automation can be achieved. *
  • the mask 44 is formed with openings so that the LED chips and wires do not interfere with each other.
  • FIG. 6 is a coating film formed according to the present invention.
  • the slurry layer 53 containing the binder and the first phosphor may be a plurality of layers, and the slurry layer 55 containing the second phosphor is preferably a plurality of layers.
  • the cover coat layer 55 can be formed of a thin film with only the binder so that the phosphor is not detached by vibration or the like after the slurry having only the second phosphor having substantially no binder is applied.
  • the entire substrate can be coated to, for example, 5 micrometers or less. *
  • FIG. 7 is a schematic diagram in which a slurry including phosphor is applied to the LED 61 in a conventional dispenser or the like.
  • the film thickness at the center is thick and the edge cannot be covered, so that the color temperature varies. If the coating amount is small, the vicinity of the pad to which the lead wire 62 is bonded is shaded and is not easily applied. *
  • FIG. 8 and FIG. 9 show an image in which the second phosphor or the particles 79 made of the second phosphor and the binder collide with the binder or the binder rich layer 78 by the spray flow or the jet flow and enter.
  • a phosphor having a high specific gravity having an average particle size distribution of about 8 micrometers and a distribution of 1 micrometer or less to 30 micrometers, a binder having a relatively low specific gravity, and a solvent added if necessary. It was extremely difficult to apply the slurry with a thin film at a time with a variation of ⁇ 1.5% per unit area. The reason is that, when viewed microscopically, there are naturally large portions and small portions of particles. *
  • the technique of Japanese Patent Application No. 2011-200395 can be applied to apply the first binder, or the slurry containing the slurry and the second phosphor while maintaining good dispersion.
  • an applicator is provided between the two syringes, and the slurry in the two syringes can be moved with a differential pressure while stirring the slurry in both syringes with a stirring device.
  • slurries composed of a plurality of types of phosphors and solvents are prevented from precipitation and dispersion stability.
  • this method has an advantage that the settling can be prevented, so that the differential pressure can be lowered and the coating amount per unit time can be reduced.
  • the syringe volume is increased to, for example, 150 ml or more, a plurality of blades can be installed to generate an ascending and descending stirring flow.
  • the coating film can be made uniform in terms of probability. Furthermore, by adding vibrations such as ultrasonic waves to a preferable portion of the circulation circuit, a better dispersion state can be maintained. Further, in the case of forming a suitable coating film, the surface of the LED is made conductive as in electrophoresis. For example, in the case of spray coating, the atomized particles are electrostatically repelled by charging the atomized particles with static electricity or the like. Therefore, it is possible to apply an ideal phosphor and to manufacture an ideal LED. *
  • the present invention is not limited to applying a single type of slurry to multiple layers with a single applicator, and multiple phosphors can be applied in multiple layers with multiple applicators. That is, according to the present invention, not only installing a plurality of applicators in a plurality of coating booths, but also using a coating apparatus in which a plurality of applicators are installed in a single coating booth,
  • the LED can be manufactured by laminating and drying the LED.
  • the laminate of the at least two kinds of phosphors can be selected from at least red, green, yellow, and blue phosphors. *
  • the slurry phosphor containing at least the second phosphor is preferably a slurry that is at least substantially free of binder and less binder as much as possible, and is suitable in terms of recovery and reuse of the phosphor. is there. *
  • the size, shape, and material of the mask are not limited as long as it is suitable for the recovery of the phosphor, but when collecting and reusing the phosphor with high performance, a ceramic material that is difficult to be polished by the phosphor is ideal and the surface Even if the binder is mixed so that the finish is good, it can be removed and collected in a short time using an ultrasonic cleaner or the like. *
  • the mask has the same or no influence on the surface of the LED or the phosphor from the viewpoint of contamination, for example, a ceramic or metal is coated with an inorganic material.
  • heat and solvent resistant such as ricone, cross-linked acrylic and urethane on the back of heat and solvent resistant plastic films such as fluorine and polyimideamide resin.
  • An adhesive can be applied and laminated on the LED substrate in advance.
  • the pattern width on the surface of the LED substrate is 1 to It is preferable to be about 20 mm.
  • the pattern width should be selected in consideration of the film thickness of each desired portion of the entire chip depending on the shape and type of the chip.
  • the distance from the spray head is set to 5 to 90 mm
  • the spray pattern width when reaching the LED is set to 1 to 20 mm
  • the spray air pressure is jetted in a pulse of 0.1 to 0.4 MPa, and the pulse is impacted. It is preferable to spray while giving *
  • slurries including the second phosphor are preferably applied or filled while automatically measuring and examining the coating weight for each layer or for each desired layer. It is important to measure the color temperature in the previous layer and to obtain the desired quality while correcting the coating amount if necessary.
  • the usage efficiency can be increased by 10 times or more compared to the conventional process, so that the cost can be greatly reduced.

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Abstract

【課題】高品質のＬＥＤを大量にかつ製造コストを低く抑えることができるＬＥＤの製造方法を提供する。【解決手段】ＬＥＤにバインダーリッチの層を形成し基板との密着性を高め、その上からマスクをして蛍光体または蛍光体リッチの層を形成し、マスク上の蛍光体または蛍光体とバインダーの混合体を回収して再利用する。

Description

ＬＥＤの製造方法及びＬＥＤ
本発明はＬＥＤに蛍光体を施与してＬＥＤを製造する方法及び製造したＬＥＤに関する。　特に、本発明は樹脂、溶液、蛍光体を含むスラーリーなどをＬＥＤに充填または塗布し乾燥硬化する方法に係わり、さらには白色発光ＬＥＤを製造するための方法に係わる。尚、本明細書中ＬＥＤ用部材とは完成品としてのＬＥＤを製造する途中の中間部品としての部材等を意味しており、また本発明の塗布とは、連続的又は断続的なディスペンス、インクジェット、マイクロカーテン施与、スロットノズル施与、スクリーン印刷方式、霧化施与、静電霧化施与、スプレイ等を含むがこれらに限定するものではない。
従来、白色発光ＬＥＤの製造方法として近紫外光や青色発光ダイオードにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の蛍光体や少なくとも一つのＹＡＧ、ＴＡＧ，シリカ(ｓｉｌｉｃａ)系などの蛍光体、演色性をあげるためＲ、Ｇの蛍光体の組み合わせと2液反応熱硬化タイプシリコーンなどのバインダーを混合したスラーリー(slurry)をディスペンサー装置でディスペンス(dispense)したり、更に溶剤などを加えて粘度を低くし微粒子発生装置の一種であるスプレイ装置などを用いてＬＥＤに直接スプレイ(spray)し被覆していた。　
特許文献１は本出願人により提案されており、加熱したＬＥＤチップ(chip)に蛍光体（phosphor）とバインダーと溶媒を含むスラーリーを圧縮エア(air)で粒子化させ薄膜でパルス的スプレイ流をもって積層塗布し、一般的なスプレイ方法ではコーティング(coating)することが難しいとされるＬＥＤの側壁にも付着させてＬＥＤを製造する方法が開示されている。　
特許文献２にはＬＥＤチップにシリコーン(silicon)などのバインダー(binder)を被覆し硬化させて、その上に蛍光体、バインダー、溶剤からなるスラーリー(slurry)を塗布し、必要により拡散材などをそれらに混合して積層する方法が提案されている。　
非特許文献１などに開示されているようなディスペンサー(dispenser)を用いる方法はハイパワー(high power)でない砲弾型ＬＥＤやバックライト(back light)向けなどのカップ(cup)の内側に装着されたチップに前記スラーリーを充填して大量生産向けに多く採用されている。　
特許文献１の方法ではパルス的にインパクトをもってスラーリーを塗布できるのでＬＥＤチップの側壁もコーティングでき、また薄膜で多層に塗布するのでＬＥＤチップのエッジカバーもよく、塗着効率も極めて高くできるが、セラミックスなどのＬＥＤ基板に組み込まれたＬＥＤチップとＬＥＤチップの間まで塗布するか、不必要な個所はマスクをして塗布するので蛍光体の使用効率は低かった。特にＬＥＤチップ間の距離が離れている基板の場合は極めて効率が悪かった。　
特許文献２ではバインダーをLEDチップに被覆し硬化させた後、その上に蛍光体を含むスラーリーをエアスプレイ方法で塗布する方法が開示されているが、通常のエアスプレイを使用する方法は塗着効率が極めて悪いことが業界の常識である。　
一方、非特許文献１などに開示されるような簡易装置を使用して無溶剤のシリコーンなどのバインダーと蛍光体からなるスラーリーをディスペンサーなどで塗布する場合はマスキングを必要とせず生産性も高いが、図７に示すようにＬＥＤチップの中央が盛り上がり、端部が薄くなって垂直光のみならず空間分布も悪く、ハイパワーの照明用としては不向きであった。また仮にリフレクターをダム替わりにするなどしてスラーリーを充填しても膜厚が厚いため乱反射等で光のロスが生じ蛍光体効率のロスにつながっていた。
ＷＯ２０１１／０８３８４１Ａ１ ＵＳ８０５８０８８Ｂ２
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一方ＬＥＤ用に特化したスクリーン印刷法ではバインダーのシリコーン樹脂などは２液硬化タイプを使用するのでポットライフの関係で長時間使用できず、しかしコーティング品質を安定させるために大量にスラーリーを作成する必要があったため、ポットライフを過ぎたスラーリーは大量に廃棄していたため使用効率は極めて低かった。蛍光体膜を均一に形成できるＵＳ６５７６４８８Ｂ２の電気泳動方式は理想的であったがプロセスが複雑で業界では敬遠されがちであった。ＬＥＤチップに可能な限り薄く均一に蛍光体膜を形成させ、蛍光体の使用効率を上げることが業界では求められていた。
本発明は前述の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は性能が一般的な工法より遥かに優れ蛍光体の使用効率の高いＬＥＤ製造方法を提供することである。　
本発明は複数のＬＥＤが配置された基板のＬＥＤに少なくとも第１の蛍光体とバインダーからなり、その重量比率が０．０１：１乃至１：１の第１のスラーリーを少なくとも１層塗布または充填する第一の工程と、次いで少なくともＬＥＤ部が開口されたマスクを前記基板上にセットする第二の工程と、第２の蛍光体と溶媒のみのスラーリー又は第２の蛍光体とバインダーの重量比が１：０．０１乃至１：０．５の混合体と溶媒からなるスラーリーを少なくとも前記ＬＥＤ開口部に少なくとも１層塗布または充填する第三の工程からなり、マスク上に付着した第２の蛍光体又は第２の蛍光体とバインダー混合体を回収することを特徴とするＬＥＤの製造方法を提供する。
更に本発明は前記複数のＬＥＤが配置された基板がウェハーレベルＬＥＤまたはセラミック基板ＬＥＤであってＬＥＤ部を開口したマスクを前記基板にセットする第一の工程と、第１の蛍光体とバインダーの重量比が０．０１：１乃至１：１の混合体からなる第1のスラーリーを少なくともＬＥＤの周囲に充填する第二の工程と、第2の蛍光体と溶媒とからなるスラーリーまたは第２の蛍光体とバインダーとの重量比が１：０．０１乃至１：０．５の混合体と溶媒とからなる第2のスラーリーをＬＥＤに少なくとも１層充填または塗布する第三の工程とからなりマスク上に付着した第２の蛍光体または第２の蛍光体とバインダーの混合体を回収することを特徴とするＬＥＤの製造方法を提供する。
本発明はまた、ウェハーレベルＬＥＤまたはセラミック基板ＬＥＤのＬＥＤ部を開口した第1のマスクを前記基板にセットする第一の工程と、第１の蛍光体とバインダーの重量比が０．０１：１乃至１：１の混合体からなる第1のスラーリーを少なくともＬＥＤの周囲に充填する第二の工程と、前記第１のマスクの替わりにまたは第１のマスクの上から第２のマスクをセットする第三の工程と、第2の蛍光体と溶媒とからなるスラーリーまたは第２の蛍光体とバインダーとの重量比が１：０．０１乃至１：０．５の混合体と溶媒とからなる第2のスラーリーを少なくとも１層塗布する第四の工程とからなり第2のマスク上に付着した第２の蛍光体または第２の蛍光体とバインダーの混合体を回収することを特徴とするＬＥＤの製造方法を提供する。
前記本発明のＬＥＤの製造方法において、前記少なくとも第２の蛍光体を含むスラーリーの塗布はスプレイ、または微粒子発生装置で発生させた微粒子で塗布することが好ましい。
また前記本発明のＬＥＤの製造方法において、前記スプレイまたは微粒子塗布が５乃至２００Ｈｚのパルス的に行われることが好ましい。
また前記本発明のＬＥＤの製造方法において、前記第１の蛍光体及び第２の蛍光体は同一種類であることが好ましい。
本発明は、ＬＥＤが青色発光ＬＥＤであって前記第２の蛍光体は赤、緑、黄色から選択された少なくとも2種類の蛍光体を積層するに当たりマスクはそれぞれの蛍光体の種類に対応して用意されることを特徴とするＬＥＤの製造方法を提供する。
また本発明では、ＬＥＤが近紫外光LEDであって、第１の蛍光体は青、緑、赤の蛍光体の混色であって、第2の蛍光体は青、緑、赤を積層するにあたりマスクはそれぞれの蛍光体の種類に対応して用意されることを特徴とするＬＥＤの製造方法を提供する。
更に本発明では、前記マスクを取り外し少なくとも第２の蛍光体を含むスラーリーの層の上からバインダーを塗布することを特徴とするＬＥＤの製造方法を提供する。
本発明では回収した蛍光体または蛍光体とバインダーの混合体を溶媒で希釈してスラーリーとしマスクを用いて前記塗布または充填方法で製造されたＬＥＤを提供する。
本発明の製造方法によれば第１の蛍光体とバインダーの混合体層はバインダーリッチであるので最終工程のレンズモールドでの密着性も問題ない。 
また最初の層の第１の蛍光体とバインダーの混合体には溶媒を加えて流動性を上げ、所望する箇所に容易に充填を行うことができる。そうすることによりパルス的スプレイなどの塗布も容易に行うことができる。
特にリードフレームタイプＬＥＤにはリフレクターが形成されているので充填する場合あえてダムを形成する必要がなく、マスクも必要としないため生産性を上げることができる。第１のスラーリーの充填レベルをＬＥＤの上面プラスマイナス３０ミクロン以内とし第2の蛍光体スラーリーまたは蛍光体リッチのスラーリーを薄膜で充填すれば性能のみならず生産性は飛躍的に向上する。当然このやり方はセラミック基板タイプＬＥＤやＣＯＢ（チップオンボード）、などにも応用でき充填したい箇所にダムを作成したり、充填したい部分が開口されたマスクを基板にセットして蛍光体を充填できる。ＣＯＢの場合は第１の蛍光体からなるスラーリーを充填しバインダーの硬化を促進させたのち個々のＬＥＤに対応したマスクをセットして第２の蛍光体からなるスラーリーを充填または塗布することできる。
充填はポッティングでも良いが、エアスプレイやエアアシストスプレイのエア圧と流量を低くして充填してもよい。充填はパルス的でも良い。例えばエア圧は５乃至１００ＫＰａで流量は１乃至２０ＮＬ／ｍｉｎ．で良い。そうすることによってスラーリーが粗い粒子で付着するので飛び散りを抑えることができる。
前記リフレクターに蛍光体を付着させずにスプレイ塗布したい場合はリフレクターをカバーするような立体的なマスクを設置すべきである。第1のスラーリーの充填層や塗布層の上から第２の蛍光体を含むスラーリーをパルス的スプレイにインパクトを与えることによって又はジェット流に乗せて移送することもできるのでバインダーリッチの層に蛍光体を潜り込むように付着させることができる。
更に本発明では蛍光体を溶媒に分散させてスラーリーを作成する際の溶媒または分散媒はエタノールなどのマイルドなアルコール系溶剤や水あるいはそれらの混合体、更には液化炭酸ガスなどの液化ガスなどを使用できる。これらの方法でシリコーンなどのバインダーを含む蛍光体層の上に積層する場合、溶媒や分散媒はシリコーンに対する溶解性に乏しいので溶媒を９５％以上揮発させと塗布時パウダー状にして塗布することが望ましい。
上記のように本発明によれば例えば第１の蛍光体とバインダーからなる蛍光体を含むスラーリーをＬＥＤの周りに充填する際、蛍光体量は側壁から出る光を所望する色温度に変換できるようしたら良く、スラーリーの充填をＬＥＤ上面ギリギリのレベルか少し覆うぐらいにするとＬＥＤのエッジのカバーは無視できる。ＬＥＤをスラーリーで充填し覆う場合はＬＥＤ表面をフレーム（炎）、コロナ、プラズマ処理などで濡れを向上させておくことが好ましい。
このような方法を採用することによりインパクトをもったパルス的スプレイと同じ効果を得ることができるうえに、高価な蛍光体を容易に回収できるので、付加価値の高い高品質なＬＥＤが低コストで製造できる。
従来の特殊スプレイ塗布方式による略断面図である。 本発明の実施の形態に係る略断面図である。 本発明の実施の形態に係る略断面図である。 本発明の実施の形態に係る略断面図である。 本発明の実施の形態に係るマスクである。 本発明により得られるＬＥＤの略断面図である。 従来のディスペンス方式による略断面図である。 本発明の実施の形態に係る略断面図である。 本発明の実施の形態に係る略断面図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は発明の理解を容易にするための一例にすぎず本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加、置換、変形等を施すことを排除するものではない。　
図面は本発明の好適な実施の形態を概略的に示している。　
図１においてＬＥＤはスラーリーをパルス的スプレイ流にインパクトを与えながら薄膜で積層することによって、より具体的には本出願人が権利を有する特願２０１１－２００３９５の方法や装置を使用して行うことにより側面も被覆でき塗着効率は９５％以上が可能であり好適な塗膜形成を行うことができる。しかし不必要な個所まで塗布するので蛍光体の使用効率が極めて悪かった。基板上のＬＥＤ間のピッチが広いと蛍光体の実際の使用効率は５％に満たないことさえあった。　
また性能を上げるためには薄膜が求められ蛍光体の比率をバインダーより多くする必要があり、蛍光体が多すぎると樹脂のレンズモールディングングの際に基板との密着性が悪くなるため一般的にはマスクをしてコートしない個所を残す必要であった。
図２以降に示す本発明の形態の第１変形例においては図１に示すＬＥＤなどと対応する部分については図１の参照番号に順次１０，２０，３０，４０，５０，６０をプラスして表記し以下には図１との相違を主として説明する。　
図２においてＬＥＤチップ１１やワイヤー１２に干渉しないようにマスク１４をセットする。そしてマスク開口からバインダーリッチのスラーリーを充填又は塗布し、また必要によりバインダーの硬化を促進させた後その上に第２の蛍光体からなるスラーリーを充填又は塗布する。前記バインダーまたは第１の蛍光体とバインダーの混合体は充填などをしやすくまた気泡が混入しにくいように溶解性のある溶媒で希釈したほうが好ましい。
充填方法を採用する場合、事前にＬＥＤの濡れ性を良くするためプラズマなどで表面処理を行うことが好ましいし、事前に被充填部に溶媒を施与すると尚良い。またより蛍光体を均一に塗布させるために第１蛍光体を含むスラーリーも第２の蛍光体を含むスラーリーも複数回に分けて充填又は塗布を行うことが肝要である。第１の蛍光体を含むスラーリーを充填する場合の乾燥硬化したスラーリーの充填レベルはＬＥＤの高さの±３０マイクロメートル以内にした方がエッジカバーを良くしトータル膜厚を少なくすることができ、空間的色温度を調整しやすくできるので好ましい。
また充填後の蛍光体の沈降を防ぎたい場合は、基板は加熱すべきであり、いずれの混合体やスラーリーも充填又は塗布を行う都度バインダーの硬化は促進たさせた方が好ましいし、充填または塗布後蛍光体を沈降させたい場合は溶媒を含むスラーリーにして粘度をさげることができる。　
図３においてＬＥＤ又はそれを含む基板等はバインダーと第１の蛍光体を含む混合体でコーティングされる。混合体には溶媒や拡散材を加えても良い。塗布装置は問わないがインパクトを付加したパルス的スプレイが好適である。基板全体をコーティングする場合は後工程のレンズモールド樹脂の密着性を考慮すると蛍光体の含有量は重量比で５０％以下が好ましく、理想的には３乃至３０％以下が好ましい。理由はバインダーのみより蛍光体が存在するとチクソトロピック性が向上し側壁の垂れやエッジの引けが起こりにくいからである。また蛍光体の含有量はＬＥＤの側面から発光する量と体積当たりの色変換により決定すべきである。またマスクをセットする際は指触乾燥程度にバインダーの乾燥または硬化を促進させることが好ましい。
第２の蛍光体とバインダーを含むスラーリーを充填する際はマスクを密着したほうが良いが、低温で硬化が促進するバインダーを使用する場合であってスプレイ塗布する際はマスクを基板より少し浮かせた方がマスク上のバインダーの硬化のスピードを抑えられるので回収の面からは都合がよい。通常ＬＥＤは吸着加熱テーブルで吸着して熱伝導をさせるので、断熱性のマスクを採用したりマスクへの吸着力を弱めるなどして行うと良い。充填または塗布後はすばやくマスクを除去し基板を吸着させて５０乃至１２０℃に加熱したテーブルまたは遠赤外線ヒーターなどで硬化を急速に促進させることができる。　
図４においてＬＥＤ３１の周辺、または必要によりＬＥＤ上部まで充填された第１の蛍光体を含むスラーリーの塗布層の少なくとも一部とＬＥＤの上部に第２のスラーリーを塗布器でスプレイ塗布し蛍光体層３５を形成させる。塗布器はトラバースしながら蛍光体の分散を考慮して薄膜で３乃至１５層スプレイ塗布したほうがより均一に蛍光体が分散できるので性能は向上する。ＬＥＤの色温度分布を理想的なものにするためにＬＥＤの上部にマスク３４をセットしマスク開口部と塗布領域はＬＥＤの構造、ＬＥＤ周囲または上部の蛍光体の比率などにより決定すべきである。またフィリップチップタイプを除きマスクの位置はワイヤー３２より高い位置にセットすることによりハンドリングが容易になるため自動化が図れる。　
図５はマスク４４でＬＥＤチップやワイヤーが干渉しないように開口が形成してある。　
図６は本発明により形成された塗膜である。バインダーと第１の蛍光体を含むスラーリー層５３は複数層でよくまた第２の蛍光体を含むスラーリー層５５も複数層にした方が好ましい。バインダーが実質的に０の第２蛍光体のみのスラーリーの塗布後は振動等で蛍光体が離脱しないようにバインダーのみで薄膜でカバーコート層５５の形成もできる。もちろんのこと基板全体を例えば５マイクロメートル以下にコートすることもできる。　
図７は従来のディスペンサーなどにおけるＬＥＤ６１に蛍光体が含まれるスラーリーを塗布した略図で中央部の膜厚が厚くエッジ(edge)がカバー(cover)できないので色温度にバラツキが生じる。又塗布量が少ないとリード線６２が接合されるパッド付近は陰になり塗布されにくい。　
図８、図9はバインダーまたはバインダーリッチ層７８に第２の蛍光体または第２の蛍光体とバインダーからなる粒子７９がスプレイ流またはジェット流で衝突し潜り込むイメージを表している。　
従来技術では、例えば平均粒度分布が８マイクロメートル前後で１マイクロメートル以下から３０マイクロメートルの分布をしている比重の高い蛍光体と、比重の比較的低いバインダーと、必要により加えた溶媒とからなるスラーリーを単位面積当たり±１．５％のバラツキをもって一回で薄膜塗布するのは至難の業であった。理由はミクロ的に見たら粒子の大きい部位と小さい部位は当然存在するからである。　
本発明では特願２０１１－２００３９５の技術を応用し第１のバインダーまたはスラーリーや第２の蛍光体を含むスラーリーの分散を良好に保ちながら塗布できる。さらに２つのシリンジ間に塗布機を設け、両方のシリンジ内のスラーリーを撹拌装置で撹拌しながら２つのシリンジ内のスラーリーを差圧で移動させることができる。特に蛍光体と溶媒のみ、あるいは蛍光体とバインダーの重量比が１：０．５乃至１：０．０１の溶媒を含むスラーリー、複数種の蛍光体と溶媒からなるスラーリーの沈降防止と分散安定性にメリットが有る。またこの方式では沈降を防止できるので差圧を低くでき単位時間当たりの塗布量を絞ることもができるメリットもある。シリンジ容積を大きく例えば１５０ｍｌ以上にする場合は複数の羽根を設置し、上昇、下降の撹拌流を発生させることもできる。　
本発明を使用して薄膜で5層以上を積層することにより粒度分布の悪い蛍光体を使用しても確率の面からも塗布膜を均一にすることができる。更に循環回路の好ましい部位に超音波等の振動を付加することにより更に良好な分散状態を保つことができる。また好適な塗膜形成ではＬＥＤの表面を電気泳動と同じく導電性を持たせることにより、例えばスプレイ塗布の場合、霧化された粒子を静電気などで帯電させることにより静電反発で霧化粒子同士の凝集を防ぎ微粒子も付着させることができるので理想的な蛍光体塗布ができ理想的なＬＥＤを製造できる。　
また本発明は、一種類のスラーリーを単一の塗布器で多層に塗布することに限定するものでなく、複数の塗布器で複数の蛍光体を多層塗布することも出来る。すなわち、本発明によれば、複数の塗布ブースに複数の塗布器を設置するだけでなく、１つの塗装ブース内に複数の塗布器を設置した塗布装置を用い、種類の異なる複数の蛍光体をＬＥＤに積層し乾燥させてＬＥＤを製造することができる。前記少なくとも２種類の蛍光体の積層は少なくとも赤色、緑色、黄色、青色の蛍光体から選択することが出来る。　
また、前記少なくとも第２の蛍光体を含むスラーリーの蛍光体は少なくともバインダーを実質的に０にまた可能な限りバインダーを少なくするようにしたスラーリーとすると回収し蛍光体の再利用の面で好適である。　
蛍光体の回収に適してさえいればマスクの寸法や形状、材質は問わないが、高性能のまま蛍光体を回収し再利用する場合は蛍光体で研磨されにくいセラミックス系材質が理想であり表面仕上げがよいほどバインダーが混入していても超音波洗浄機などを用いて短時間で除去し回収できる。　
またマスクはコンタミネーションの面からもＬＥＤ表面や蛍光体に使用される材質と同じか影響を与えない例えばセラミックや金属に無機系の材料をコーティングするなどした方が好ましい。高速生産向けには、例えばフッ素系やポリイミドアミド樹脂に代表されるような耐熱、耐溶剤性のプラスチックフィルムの裏面にシ予めリコーン系、架橋したアクリル系、ウレタン系等の耐熱、耐溶剤性の粘着剤を施して予めＬＥＤ基板にラミネートすることもできる。　
塗布器がエアスプレイあるいはエアアシストスプレイあるいは特に第２蛍光体からなるスラーリーを粒子製造装置で粒子化した後ジェット流で蛍光体粒子を搬送する場合、ＬＥＤ基板表面でのそれらのパターン幅は１乃至２０ｍｍ程度になるようにすることが好ましい。パターン幅はチップの形状や種類によりチップ全体の所望するそれぞれの部位の膜厚を考慮して選択すべきである。　
スプレイする場合などフロー性やバインダーの硬化を促進させることや、スプレイなどの塗膜形成時に発生する気化熱による温度低下などを考慮してＬＥＤを３０乃至１２０℃の範囲に加温し、ＬＥＤとスプレイヘッドとの距離を５乃至９０ｍｍに設定し、ＬＥＤに到達する際のスプレイパターン幅を１乃至２０ｍｍとし、スプレイエア圧を０．１乃至０．４ＭＰａでパルス的に噴出させ、パルス的にインパクトを与えながらスプレイすることが好適である。　
単色或いは複数色に関わらず特に第２蛍光体を含むスラーリーは層ごとに或いは所望する層ごとに塗膜重量を自動的に測定し精査しながら塗布または充填することが好ましく、特に最終層の一つ前の層で色温度を測定し、必要により塗布量を補正しながら所望する品質にすることが肝要である。
本発明によれば特に付加価値の高いＬＥＤを高品位に保ちながら高価な蛍光体を回収して再利用するので、従来プロセスより使用効率を１０倍以上も高くできることから、大幅なコスト低減ができる。
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１　　ＬＥＤ
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２　　　　　ワイヤー
３，６３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　蛍光体層
１３，２３，３３，４３，５３　　　　　　　　　　第１の蛍光体層
１４，３４，４４　　　　　　　　　　　　　　　　マスク
１５，２５，３５，５５　　　　　　　　　　　　　第２の蛍光体層
５６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　バインダー（カバー層）
７８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第１の蛍光体
７９　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２の蛍光体　　　　　　　

Claims (10)

  1. 複数のＬＥＤが配置された基板のＬＥＤに少なくとも第１の蛍光体とバインダーからなり、その重量比率が０．０１：１乃至１：１の第１のスラーリーを少なくとも１層塗布または充填する第一の工程と、次いで少なくともＬＥＤ部が開口されたマスクを前記基板上にセットする第二の工程と、第２の蛍光体と溶媒のみのスラーリー又は第２の蛍光体とバインダーの重量比が１：０．０１乃至１：０．５の混合体と溶媒からなるスラーリーを少なくとも前記LED開口部に少なくとも１層塗布または充填する第三の工程からなり、マスク上に付着した第２の蛍光体又は第２の蛍光体とバインダー混合体を回収することを特徴とするＬＥＤの製造方法。
  2. 前記複数のＬＥＤが配置された基板がウェハーレベルＬＥＤまたはセラミック基板ＬＥＤであってＬＥＤ部を開口したマスクを前記基板にセットする第一の工程と、第１の蛍光体とバインダーの重量比が０．０１：１乃至１：１の混合体からなる第1のスラーリーを少なくともＬＥＤの周囲に充填する第二の工程と、第2の蛍光体と溶媒とからなるスラーリーまたは第２の蛍光体とバインダーとの重量比が１：０．０１乃至１：０．５の混合体と溶媒とからなる第2のスラーリーをＬＥＤに少なくとも１層充填または塗布する第三の工程とからなりマスク上に付着した第２の蛍光体または第２の蛍光体とバインダーの混合体を回収することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤの製造方法。
  3. ウェハーレベルＬＥＤまたはセラミック基板ＬＥＤのＬＥＤ部を開口した第1のマスクを前記基板にセットする第一の工程と、第１の蛍光体とバインダーの重量比が０．０１：１乃至１：１の混合体からなる第1のスラーリーを少なくともＬＥＤの周囲に充填する第二の工程と、前記第１のマスクの替わりにまたは第１のマスクの上から第２のマスクをセットする第三の工程と、第2の蛍光体と溶媒とからなるスラーリーまたは第２の蛍光体とバインダーとの重量比が１：０．０１乃至１：０．５の混合体と溶媒とからなる第2のスラーリーを少なくとも１層塗布する第四の工程とからなり第2のマスク上に付着した第２の蛍光体または第２の蛍光体とバインダーの混合体を回収することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤの製造方法。
  4. 前記少なくとも第２の蛍光体を含むスラーリーの塗布はスプレイ、または微粒子発生装置で発生させた微粒子で塗布することを特徴とする請求項１のＬＥＤの製造方法。
  5. 前記スプレイまたは微粒子塗布が５乃至２００Ｈｚのパルス的に行われることを特徴とする請求項４のＬＥＤの製造方法。
  6. 前記第１の蛍光体及び第２の蛍光体は同一種類であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＬＥＤの製造方法。
  7. ＬＥＤが青色発光ＬＥＤであって前記第２の蛍光体は赤、緑、黄色から選択された少なくとも2種類の蛍光体を積層するに当たりマスクはそれぞれの蛍光体の種類に対応して用意されることを特徴とする請求項１のＬＥＤの製造方法。
  8. ＬＥＤが近紫外光LEDであって、第１の蛍光体は青、緑、赤の蛍光体の混色であって、第2の蛍光体は青、緑、黄を積層するにあたりマスクはそれぞれの蛍光体の種類に対応して用意されることを特徴とする請求項１のＬＥＤの製造方法。
  9. 前記マスクを取り外し少なくとも第２の蛍光体を含むスラーリーの層の上からバインダーを塗布することを特徴とする請求項１のＬＥＤの製造方法。
  10. 回収した蛍光体または蛍光体とバインダーの混合体を溶媒で希釈してスラーリーとし請求項1記載の方法で製造されたＬＥＤ。  
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