CN109075234B - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种即使在发光元件之间密封多个发光元件的树脂中沉淀的荧光体的浓度存在偏差，在发光时颜色不均也不明显的发光装置及其制造方法。具有：基板；多个发光元件，它们被安装在基板上；第1树脂层，其一体地密封多个发光元件，并以从远离基板一侧即上端到靠近基板一侧即下端越来越高的浓度含有第1荧光体，该第1荧光体被来自多个发光元件的光激发；以及第2树脂层，其被配置于第1树脂层之上，并以均匀的浓度含有被来自多个发光元件的光激发的第2荧光体。

Description

发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光装置及其制造方法。
背景技术
已知有在陶瓷基板或者金属基板等通用基板之上安装有LED(发光二极管)元件等发光元件的COB(Chip On Board板上芯片封装)的发光装置。在这样的发光装置中，通过含有荧光体的透光性树脂来密封LED元件，使来自LED元件的光与通过来自LED元件的光激发荧光体而得到的光混合，由此，根据用途得到白光等。
对于这样的发光装置，以散热性的提高以及色度偏差的抑制等为目的，已知有通过使荧光体分散了的未固化的树脂来密封LED元件，并在使该荧光体沉淀(沉降)之后使树脂固化的制造方法。例如，专利文献1记载了一种发光二极管，其具有：LED芯片，其被配置在支承体上；以及涂层部，其包含吸收来自LED芯片的发光的至少一部分来进行波长转换而发光的荧光体，并形成于LED芯片上以及LED芯片上以外的支承体上。该涂层部通过使荧光体分散在气相或液相中并使该荧光体沉降而形成。
此外，专利文献2中记载有如下的发光装置：通过不含荧光体的透光性树脂来密封基板上的LED芯片，并在其上以均匀的厚度形成含有荧光体的树脂层，由此与在透光性树脂内使荧光体分散的情况相比，难以发生颜色不均的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-040858号公报
专利文献2：日本专利特开2003-101074号公报
发明内容
当通过使荧光体分散的未固化的树脂来密封发光元件并使该荧光体沉淀时，在树脂的粘度降低的过程中，在树脂中会发生流动，荧光体也流动。特别是在一个基板上安装有多个发光元件的情况下，因为该树脂的流动随位置而变化，所以荧光体的沉淀状态(浓度)容易产生偏差。因此，在一个基板上安装有多个发光元件的情况下，与在一个基板上仅安装一个发光元件的情况不同，在发光元件间荧光体的浓度产生偏差，由此引起的发光的偏差(颜色不均)明显。
因此，本发明的目的在于，提供一种即使密封多个发光元件的树脂中沉淀的荧光体的浓度在发光元件之间存在偏差，在发光时颜色不均也不会明显的发光装置及其制造方法。
提供一种发光装置，其特征在于，包括：基板；多个发光元件，它们被安装在基板上；第1树脂层，其一体地密封多个发光元件，并以从远离基板的一侧即上端到靠近基板的一侧即下端越来越高的浓度含有第1荧光体，所述第1荧光体被来自多个发光元件的光激发；以及第2树脂层，其被配置于第1树脂层之上，并以均匀的浓度含有被来自多个发光元件的光激发的第2荧光体。
在上述发光装置中，优选地是，第2树脂层中的第2荧光体的浓度低于第1树脂层的下端处的第1荧光体的浓度，第2树脂层中的第2荧光体的浓度高于第1树脂层的上端处的第1荧光体的浓度。
在上述发光装置中，优选地是，第1树脂层的上端是不含有第1荧光体的透明树脂层。
此外，提供一种发光装置的制造方法，其特征在于，包括：在基板上安装多个发光元件的工序；通过含有第1荧光体的未固化的树脂来一体地密封多个发光元件，从而形成第1树脂层的工序，所述第1荧光体被来自多个发光元件的光激发；将第1树脂层保持为未固化的状态地、使第1荧光体沉淀于基板侧的工序；使第1树脂层固化的工序；以及在第1树脂层之上配置第2树脂层的工序，该第2树脂层以均匀的浓度含有被来自多个发光元件的光激发的第2荧光体。
根据上述发光装置及其制造方法，即使在密封多个发光元件的树脂中沉淀的荧光体的浓度在发光元件间存在偏差，在发光时颜色不均也不会明显。
附图说明
图1是发光装置1的立体图。
图2是沿着图1的Ⅱ－Ⅱ线的截面图。
图3是用于说明电路基板20以及LED元件30的配置的立体图。
图4是沿着图3的Ⅳ－Ⅳ线的截面图。
图5的(A)～(D)是表示沉淀荧光体层50和分散荧光体层60中的荧光体的浓度分布的例子的图。
图6是表示发光装置1的制造工序的例子的流程图。
图7是另一发光装置2的立体图。
图8是沿着图7的Ⅷ－Ⅷ线的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明发光装置及其制造方法。但是，要理解的是，本发明并不限定于附图或者以下记载的实施方式。
图1是发光装置1的立体图。此外，图2是沿着Ⅱ－Ⅱ线的截面图。发光装置1包含LED元件作为发光元件，并且用作例如各种照明用的LED光源装置。发光装置1包括具有安装基板10、电路基板20、LED元件30，树脂框40，沉淀荧光体层50以及分散荧光体层60作为主要的构成要素。
作为一例，安装基板10具有正方形的形状，并且是在其上表面的中央具有供LED元件30安装的圆形的安装区域11(参照后述的图3)的金属基板。安装基板10也作为使由LED元件30以及后述的荧光体的粒子产生的热散热的散热基板而发挥作用，因此，例如由耐热性和散热性优异的铝构成。但是，安装基板10的材料也可以是铜等其他金属，只要耐热性和散热性优异即可。
图3是用于说明电路基板20以及LED元件30的配置的立体图。此外，图4是沿着图3的Ⅳ－Ⅳ线的截面图。
作为一例，电路基板20具有与安装基板10相同大小的正方形的形状，并在其中心部具有圆形的开口部21。电路基板20的下表面例如通过粘合片粘贴并固定在安装基板10上。分别在电路基板20的上表面的一侧形成布线图案23A，在另一侧形成布线图案23B，从而包围开口部21。此外，分别在电路基板20的上表面的位于对角的一个角部形成连接电极24A，在另一个角部形成连接电极24B。连接电极24A、24B中的一方为阳极电极，另一方为阴极电极，通过将这些连接电极与外部电源连接而施加电压，发光装置1发光。
LED元件30是发光元件的一例，例如是射出波长跨及紫外区域到蓝色区域的光的氮化镓系化合物半导体等LED元件。在下文中，假设LED元件30是例如发出发光波段为大约450～460nm的蓝光的蓝色LED。但是，LED元件30也可以是发出紫光或者紫外光这样的其他波长的光的元件。在发光装置1中，多个LED元件30呈格子状地排列并安装在暴露于电路基板20的开口部21内的安装基板10的安装区域11上。图3表示特别安装了21个LED元件30的情况的例子。LED元件30的下表面例如通过透明的绝缘性粘合剂等被固定在安装基板10的上表面。
LED元件30在上表面具有一对元件电极，如图3以及图4所示，相邻的LED元件30的元件电极通过焊接导线31(以下，简称为导线31)而彼此电连接。从位于开口部21的外周侧的LED元件30引出的导线31与电路基板20的布线图案23A或者布线图案23B连接。由此，电流经由导线31被供给至各LED元件30。
树脂框40例如是根据电路基板20的开口部21的大小而由例如白色的树脂构成的圆形的框体，并且树脂框40在电路基板20的上表面被固定在与布线图案23A、23B重叠的位置，该布线图案23A、23B被形成为对开口部21镶边。树脂框40是用于防止沉淀荧光体层50及分散荧光体层60的树脂流出的阻塞材料，另外使从LED元件30向侧方发射的光朝向发光装置1的上方(从LED元件30观察时与安装基板10相反的一侧)反射。
沉淀荧光体层50是第1树脂层的一例，并且由含有作为第1荧光体的荧光体51的透光性树脂构成。如图2所示，沉淀荧光体层50将被树脂框40围绕的安装基板10上的空间埋没直至比导线31的上端高的位置，一体地遮盖并保护(密封)多个LED元件30及导线31。例如，将环氧树脂或者硅树脂等无色且透明的热固性树脂用于沉淀荧光体层50。
荧光体51例如是YAG(Yttrium Aluminum Garnet钇铝石榴石)等黄色荧光体，该粒子在沉淀荧光体层50内沉淀于下方。即，沉淀荧光体层50以从远离安装基板10的一侧即上端到靠近安装基板10的一侧即下端越来越高的浓度含有被来自多个LED元件30的光激发的荧光体51。在图2中，沉淀荧光体层50中的荧光体51的粒子的沉淀由浓淡的图案表示。另外，实际上，如图2所示，荧光体51不仅沉淀在安装基板10的上表面，也沉淀在LED元件30的上表面。
发光装置1发射白光，该白光是通过混合来自LED元件30的蓝光和通过蓝光而使沉淀荧光体层50内的荧光体51激发而得的黄光而获得的。在发光装置1中，LED元件30被直接安装在具有高散热性的安装基板10上，并且沉淀荧光体层50内的荧光体51沉淀于靠近安装基板10的位置，因此LED元件30及荧光体51所产生的热容易通过安装基板10而逃逸至装置外部。因此，由于能够防止热导致的LED元件30的发光强度的降低，所以从发光强度的提高的观点来看是有利的。
分散荧光体层60是第2树脂层的一例，由含有作为第2荧光体的荧光体61的透光性树脂构成，并被配置在沉淀荧光体层50之上。例如也将环氧树脂或者硅树脂等无色且透明的树脂用于分散荧光体层60，但分散荧光体层60的材质可以和沉淀荧光体层50的材料相同，也可以不同。此外，也可以在沉淀荧光体层50与分散荧光体层60之间设置其他的透明树脂层。
荧光体61例如是与荧光体51相同的黄色荧光体。分散荧光体层60以均匀的浓度含有被来自多个LED元件30的光激发的荧光体61。即，在分散荧光体层60内，荧光体61的粒子与沉淀荧光体层50的荧光体51不同，与水平方向及垂直方向的位置无关而是均匀地分散。在分散荧光体层60内，也通过混合来自LED元件30的蓝光和通过蓝光使荧光体61激发而得的黄光来生成白光。
在发光装置1中，荧光体61均匀分散的分散荧光体层60位于沉淀荧光体层50之上，由此，来自沉淀荧光体层50的蓝光通过分散荧光体层60从而转换为白光。因此，即使沉淀荧光体层50内的荧光体51的浓度在LED元件30间存在偏差并且存在发射大量蓝光的部分，也会因出射光通过分散荧光体层60而缓和了这样的发光的偏差。因此，由于存在分散荧光体层60，所以沉淀荧光体层50中的荧光体浓度的偏差导致的颜色不均就变得不明显。
另外，沉淀荧光体层50和分散荧光体层60中的一者或两者也可以含有例如绿色荧光体及红色荧光体等多种荧光体而作为荧光体51、61。在该情况下，发光装置1发射白光，该白光是通过混合来自作为蓝色LED的LED元件30的蓝光和通过蓝光而使绿色荧光体及红色荧光体激发而得的绿光及红光而获得的。绿色荧光体是吸收LED元件30发出的蓝光并将其波长转换为绿光的、例如(BaSr)2SiO4：Eu2+等粒子状的荧光体材料。红色荧光体是吸收LED元件30发出的蓝光并将其波长转换为红光的、例如CaAlSiN3：Eu2+等粒子状的荧光体材料。
此外，沉淀荧光体层50和分散荧光体层60中的一者或两者可以除了含有例如绿色荧光体及红色荧光体还含有黄色荧光体来作为荧光体51、61，也可以含有黄色荧光体和红色荧光体等与上述不同的组合的荧光体。但是，如果荧光体的种类增加太多，则荧光体的总量增加，发热量也会增加，因此在散热方面是不利的。特别是，对于远离安装基板10的分散荧光体层60内的荧光体61来说，优选使用发热量少于沉淀荧光体层50内的荧光体51的荧光体。
图5的(A)～图5的(D)是表示沉淀荧光体层50和分散荧光体层60中的荧光体浓度分布的例子的图。在各图的左侧，通过浓淡的图案来表示沉淀荧光体层50(沉淀荧光体层50A～50D)中的荧光体51的粒子的分布。此外，在各图的右侧，通过曲线图表示高度方向(Z方向)上的荧光体的浓度分布f(Z)。以下，将安装基板10的上表面设为高度的基准(Z＝0)。在图5的(A)～图5的(D)中，分散荧光体层60都是相同的，但沉淀荧光体层50中的荧光体51的浓度分布彼此不同。沉淀荧光体层50和分散荧光体层60中的荧光体浓度的关系也可以是图5的(A)～图5的(D)所示的四种中的任意一种。
在图5的(A)的例子中，沉淀荧光体层50A具有上端的高度Z1～Z2(Z1>Z2)的范围的透明树脂层53、以及含有荧光体51的高度Z2～0的范围的中间浓度层52。即，在分散荧光体层60的正下方为不含有荧光体51的透明树脂层53。分散荧光体层60的荧光体浓度为f1，透明树脂层53的荧光体浓度为0。此外，中间浓度层52的荧光体浓度随着高度从Z2接近0而自0开始缓慢增加，特别是在高度0附近急剧增加，在下端附近浓度变为大于f1的f2。
在图5的(B)的例子中，和图5的(A)的情况相同，沉淀荧光体层50B具有上端的高度Z1～Z2的范围的透明树脂层53、以及含有荧光体51的高度Z2～0的范围的中间浓度层52'。中间浓度层52'的荧光体浓度随着高度从Z2接近0而线性地增加，在下端附近浓度变为大于分散荧光体层60的荧光体浓度f1的f2。
在图5的(C)的例子中，沉淀荧光体层50C除了上端的极小范围外没有透明树脂层，全部的沉淀荧光体层50C都含有荧光体51。沉淀荧光体层50C的荧光体浓度随着高度从Z1接近0而自0开始线性地增加，在下端附近浓度变为大于分散荧光体层60的荧光体浓度f1的f2。
在图5的(D)的例子中，沉淀荧光体层50D完全没有透明树脂层，全部的沉淀荧光体层50D都含有荧光体51。沉淀荧光体层50D的荧光体浓度在高度为Z1的上端为小于分散荧光体层60的荧光体浓度f1的f3，随着高度从Z1接近0而从f3开始线性地增加，在下端附近浓度变为大于f1的f2。
在图5的(A)～图5的(D)的任意一个例子中，分散荧光体层60的荧光体浓度f1都低于沉淀荧光体层50中的浓度最高的部分的荧光体浓度f2。即，优选地是，分散荧光体层60中的荧光体61的浓度低于沉淀荧光体层50的下端的荧光体51的浓度。由于分散荧光体层60是用于缓和沉淀荧光体层50中的荧光体浓度的偏差导致的颜色不均的辅助性的荧光体层，所以为了不使通过了分散荧光体层60的出射光的亮度降低，优选地是，分散荧光体层60的荧光体浓度不要过高。此外，从散热的观点来看，分散荧光体层60的荧光体浓度也优选为不要过高。
在图5的(A)～图5的(D)的任意一个例子中，分散荧光体层60的荧光体浓度f1都高于沉淀荧光体层50内的浓度最低的部分的荧光体浓度0或者f3。即，优选地是，分散荧光体层60中的荧光体61的浓度高于沉淀荧光体层50的上端(分散荧光体层60的正下方)处的荧光体51的浓度。即使分散荧光体层60的荧光体浓度过低，也不能获得颜色不均的缓和的效果，因此需要一定程度的高度。
此外，特别是如图5的(A)及图5的(B)的例子那样，沉淀荧光层体50的上端(分散荧光体层60的正下方)优选地是不含有荧光体51的透明树脂层53。分散荧光体层60与沉淀荧光体层50的上端之间的荧光体浓度的差越大，颜色不均的缓和效果就表现得越显著。因此，相比于图5的(C)及图5的(D)，图5的(A)及图5的(B)的例子更优选，特别是图5的(A)的例子是最优选。
另外，与图5的(A)～图5的(D)的例子相反地，当分散荧光体层60的荧光体浓度f1低于沉淀荧光体层50的上端(分散荧光体层60的正下方)的荧光体浓度f3时，几乎得不到基于分散荧光体层60的颜色不均的缓和效果。
分散荧光体层60的荧光体浓度的上限取决于分散荧光体层60的荧光体61的温度上升量和构成分散荧光体层60的树脂的耐热温度的关系。此外，分散荧光体层60的荧光体浓度的下限取决于沉淀荧光体层50中的荧光体浓度的偏差程度、基于分散荧光体层60的颜色不均的缓和程度以及颜色不均的允许范围的关系。分散荧光体层60的荧光体浓度变得越高，颜色不均就变得越不明显，但如上所述，由于该荧光体浓度存在上限，所以实际上分散混入分散荧光体层60的荧光体61的量是通过实验来确定的。
当实际制造具有沉淀荧光体层50的发光装置时，由于荧光体51的浓度分布因每个产品而不同，所以根据沉淀荧光体层50中的荧光体浓度的偏差程度，出射光的色度也随着每个产品而不同。但是，若调整分散荧光体层60的荧光体浓度，则可以消除每个产品的色度差，并且可以使出射光的色度收敛在允许范围内。因此，通过在沉淀荧光体层50上设置分散荧光体层60，还可以降低产品的不合格率。
另外，如果要缓和亮度的不均，也可以考虑设置扩散层从而代替分散荧光体层。但是，例如在蓝光局部地较多的情况下，即使通过扩散层而使该蓝光扩散，颜色不均也不会消失。在该情况下，由于通过分散荧光体层向蓝光添加黄光会使得颜色不均变得更不明显，所以为了缓和颜色不均这样的目的，使用分散荧光体层而不是扩散层更好。
图6是表示发光装置1的制造工序的例子的流程图。在制造发光装置1时，首先，如图3所示，将多个LED元件30安装在贴合有电路基板20的安装基板10的安装区域11上(S1)。然后，通过导线31将LED元件30彼此连接，并且各LED元件30经由导线31而连接到布线图案23A、23B(S2)。接下来，树脂框40沿着开口部21的边缘部被固定在电路基板20上(S3)。
接下来，通过含有被来自LED元件30的光激发的荧光体51的未固化的密封树脂来一体地密封全部的LED元件30(S4)。然后，就这样将密封树脂的层保持为未固化的状态地、使密封树脂内的荧光体51沉淀(沉降)于安装基板10一侧。之后，使密封树脂固化从而形成沉淀荧光体层50(S6)。最后，在沉淀荧光体层50(密封树脂)之上覆盖分散荧光体层60，该分散荧光体层60以均匀的浓度含有被来自LED元件30的光激发的荧光体61(S7)。由此，完成了图1及图2所示的发光装置1。
图7是另一发光装置2的立体图。图8是沿着图7的Ⅷ－Ⅷ线的截面图。在将发光装置1的安装基板10和电路基板20替换为陶瓷基板20'这一点上，发光装置2与发光装置1不同，其他方面具有和发光装置1相同的构成。陶瓷基板20'在其上表面形成有布线图案以及连接电极24A、24B，并且是供LED元件30安装的平坦的基板，兼做安装基板和电路基板。即使在使用不具有开口部的陶瓷基板20'的情况下，如图8所示，也可以使用与发光装置1相同的沉淀荧光体层50和分散荧光体层60。在发光装置2中，也与发光装置1同样地，由于存在分散荧光体层60，所以沉淀荧光体层50中的荧光体浓度的偏差导致的颜色不均变得不明显。

Claims (4)

1.一种发光装置，其特征在于，包括：
基板；
多个发光元件，它们被呈格子状地安装在所述基板上；
第1树脂层，其一体地密封所述多个发光元件，并以从远离所述基板的一侧即上端到靠近所述基板的一侧即下端越来越高的浓度含有第1荧光体，所述第1荧光体被来自所述多个发光元件的光激发；以及
第2树脂层，其被配置于所述第1树脂层之上，并以均匀的浓度含有被来自所述多个发光元件的光激发与所述第1荧光体相同且发热量少于所述第1荧光体的第2荧光体，
所述第1荧光体沉淀于各发光元件的上表面和所述多个发光元件之间的所述基板的上表面，
所述第2荧光体在所述第2树脂层中，通过以比所述第1树脂层的所述下端处的所述第1荧光体低的浓度地均匀地进行分散，而使所述第2荧光体的发热量比所述第1荧光体的发热量少。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
所述第2树脂层中的所述第2荧光体的浓度高于所述第1树脂层的所述上端处的所述第1荧光体的浓度。
3.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
所述第1树脂层的所述上端是不含有所述第1荧光体的透明树脂层。
4.一种发光装置的制造方法，其特征在于，包括：
在基板上呈格子状地安装多个发光元件的工序；
通过含有第1荧光体的未固化的树脂来一体地密封所述多个发光元件，从而形成第1树脂层的工序，所述第1荧光体被来自多个发光元件的光激发；
将所述第1树脂层保持为未固化的状态地、使所述第1荧光体沉淀于所述基板侧的工序；
使所述第1树脂层固化的工序；以及
在所述第1树脂层之上配置第2树脂层的工序，该第2树脂层为使与所述第1荧光体相同的第2荧光体以比所述第1荧光体发热量少的方式以比所述第1树脂层的下端处的所述第1荧光体低的浓度地均匀地分散。
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