TWI407584B - 發光光源及其製造方法 - Google Patents

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Description

發光光源及其製造方法
本發明係關於一種以螢光體層覆蓋發光元件之發光光源及其製造方法。
發光二極體(Light Emitting Diode,以下稱為「LED」)與半導體雷射等的發光元件，係使用於各種發光裝置。而其中又以使用LED裸晶片的發光光源，由於與使用放電、輻射之既有光源相比，不僅小型而高效率，且近年邁向高光束化，因此有取代既有光源的可能性。
使用LED裸晶片的發光光源，可舉出例如包含LED裸晶片、連接於LED裸晶片的基板、披覆LED裸晶片並含螢光體的螢光體層之發光光源等。這樣的發光光源也有使用發光色為藍色系的LED裸晶片以及含於螢光體層中而發出黃色系光之螢光體來得到白色的輸出光之發光光源，特別受到重視。
另一方面，將LED裸晶片與基板做電連接的方法，有透過非導電性膠以複數的金導線將接著於基板之LED裸晶片與基板加以連接之方法、透過導電性膠或是Au－Sn之共晶接合以金導線將接著於基板之LED裸晶片與基板加以連接之方法、透過凸塊將LED裸晶片與基板做覆晶連接之方法等。將上述使用LED裸晶片之發光光源作為照明光源來使用的情況，以導線做電連接的方法，由於導線的影子容易投影於照射面，因此不使用導線的覆晶連接方法較為適合。
就這種覆晶連接方法而言，可舉出透過金、焊料所構成之凸塊來將LED裸晶片與基板上的配線圖案做電連接之方法。另外，該凸塊係於LED裸晶片或者是形成於基板上的配線圖案(例如平面部)處直接形成。又，也有LED裸晶片與基板連接後，進一步以底填料來充填LED裸晶片與基板間之空隙的方法(例如參照專利文獻1)。所謂底填料一般為液狀的材料，例如以環氧樹脂等之樹脂所構成。藉此，可以補強LED裸晶片與基板之接合。
但是，底填料會有沿LED裸晶片之側面上移的情況、擴延至LED裸晶片與基板之間以外的情況。這些情況使得螢光體層的形狀也無法穩定，亦即覆蓋LED裸晶片的螢光體層之厚度無法均勻，故有輸出光的色度無法均勻的問題。
再者，在底填料與螢光體層之材料不同的情況，尤其在螢光體層含有接著性差的矽氧樹脂的情況，尚存在有底填料與螢光體層之界面容易剝離的問題。
為了解決上述問題，而有藉由在發光元件與基板之間設置螢光體層形成材料之透光性母材，以取代底填料來製造發光光源之方法被提出(參照專利文獻2)。
(專利文獻1)日本特開2003－101075號(專利文獻2)WO 2006/041178 A3
但是，在專利文獻2所記載之方法中，因為在發光元件與基板之間所配置的透光性母材中所分散之螢光體含量會變少，因此與覆蓋發光元件之螢光體層中的螢光體含量之間可能會產生極大差異。結果在發光元件的上下層會產生散熱性的極大差異而產生熱應力，而有螢光體層由基板剝離的顧慮。
本發明因可以解決上述以往的問題，而提供一種可以減少發光元件之上下層的散熱性差異之發光光源及其製造方法。
本發明的發光光源係包含基板、形成於該基板上的端子以及平面部、透過凸塊構裝於該平面部上之發光元件、覆蓋該發光元件且充填於該基板之主面與該發光元件間之空隙的螢光體層，其特徵在於：該螢光體層係含有螢光體及透光性母材；於該螢光體層之充填於該空隙的區域之該螢光體的體積含有率與於該螢光體層之覆蓋該發光元件的區域之該螢光體的體積含有率係大致相同。
本發明的發光光源之製造方法，其特徵在於，包含下述製程：於形成有端子以及平面部的基板上，以覆蓋該端子的方式設置剝離性樹脂塗層；透過凸塊於該平面部上構裝發光元件；將含有螢光體以及透光性母材之螢光體層形成材料，以覆蓋該發光元件且充填於該基板主面與該發光元件間之空隙的方式做減壓設置；以及將該剝離性樹脂塗層予以剝離。
根據本發明之發光光源及其製造方法，由於可以減小發光元件的上下層之散熱性差異，因此可以消除螢光體層由基板剝離等因為熱應力所導致的不良情況。
本發明之發光光源係包含基板、形成於基板上的端子以及平面部(land)、透過凸塊構裝於該平面部上之發光元件。
構成基板的基材並無特別限制，可以使用例如由Al2 O3 、AlN等所構成之陶瓷基材或含有無機填料及熱固性樹脂之複合基材等。或者是為了提高基板的散熱性，也可以使用在鋁等構成之金屬基材上形成電絕緣層(例如上述之複合基材)之積層基材。上述基材厚度例如為0.5~3mm左右。
端子、平面部以及凸塊亦可以使用一般的材料。例如就端子以及平面部而言，可以使用銅或在銅上施以鎳－金鍍敷等，就凸塊而言，可以使用金或焊料等。
發光元件可以使用例如可發出波長為420~500nm藍色光的藍色LED、可發出380~420nm藍紫色光的藍紫LED。該藍色LED或該藍紫LED可以使用例如採用InGaAlN系材料的LED。另外，設置於基板上的發光元件數量並無特別限制，只要對應所要求的光量適當地設置即可。
而本發明的發光光源除了上述構成要素以外，尚包含有覆蓋該發光元件且充填於該基板之主面與該發光元件間之空隙的螢光體層。又，該螢光體層係含有螢光體以及透光性母材，於該螢光體層之充填於該空隙的區域(以下亦稱為「第1區域」)之該螢光體的體積含有率與該螢光體層覆蓋該發光元件的區域(以下亦稱為「第2區域」)之該螢光體的體積含有率係大致相同。藉此，位於發光元件之出光側的第2區域與相反側的第1區域之間，由於熱傳導率大致相同，因此可以讓發光元件的上下層之散熱性差異減小。故可以消除螢光體層由基板剝離等因為熱應力所導致的不良情況。另外，上述「大致相同」係意指在第1區域及第2區域之間，於各區域內含有熱傳導率可成為大致相同程度之螢光體。例如第1區域的螢光體體積含有率只要在第2區域之螢光體的體積含有率的80%以上即可，較佳的是在90%以上100%以下即可。
作為含於螢光體層之螢光體，可以使用例如發紅色光之紅色螢光體、發黃色光的黃色螢光體、發綠色光的綠色螢光體等。作為該紅色螢光體，可以使用例如氮矽酸鹽系Sr2 Si6 N8 ：Eu2＋ 、氮鋁矽酸鹽系CaAlSiN3 ：Eu2＋ 、氧氮鋁矽酸鹽系Sr2 Si4 AlON7 ：Eu2＋ 、LOS系La2 O2 S：Eu3＋ 等。作為該黃色螢光體可以使用例如(Sr、Ba)2 SiO4 ：Eu2＋ 、(Y、Gd)3 Al5 O12 ：Ce3＋ 等。作為該綠色螢光體可以使用例如BaMgAl10 O17 ：Eu2＋ 、BaMgAl10 O17 ：Mn2＋ 、SrAl2 O4 ：Eu2＋ 、矽系(Ba、Sr)2 SiO4 ：Eu2＋ 等。另外，發光元件在使用發出波長為420nm以下的藍紫色光或波長為380nm以下的紫色光之LED的情況，就螢光體而言，只要併用例如上述紅色螢光體、綠色螢光體、以及發藍光的藍色螢光體即可。就該藍色螢光體而言可以使用BaMgAl10 O17 ：Eu2＋ 等之鋁酸鹽螢光體或Ba3 MgSi2 O8 ：Eu2＋ 等之矽酸鹽螢光體等。
構成螢光體層之上述透光性母材只要是可以分散螢光體，且可透過發射光者，並無特別限制，但較佳為矽氧樹脂或環氧樹脂等之透光性樹脂。其中矽氧樹脂耐光性良好且硬化前的流動性高，因此在後述的製程中可以容易地進行第1區域的充填而較佳。
本發明的發光光源，平面部面積係以較構裝於該平面部上之發光元件之面積為廣者為佳，特別是平面部面積為發光元件面積的1.3倍以上尤佳。因為可以在後述的製程中容易地進行第1區域的充填。
其次，針對本發明之發光光源之製造方法進行說明。另外，以下說明的發光光源之製造方法係上述本發明之發光光源之較佳製造方法，因此就重複的內容有省略說明的情況。
本發明之發光光源之製造方法，係包含下述製程：於形成有端子以及平面部的基板上，以覆蓋該端子的方式設置剝離性樹脂塗層；透過凸塊於該平面部上構裝發光元件；將含有螢光體以及透光性母材之螢光體層形成材料，以覆蓋該發光元件且充填於該基板主面與該發光元件間之空隙(亦即第1區域)的方式做減壓設置；以及將該剝離性樹脂塗層予以剝離。
根據此方法，由於是一面減壓一面設置螢光體形成材料，因此含螢光體之螢光體形成材料可以容易地充填至第1區域。故而可以容易地製造第1區域的螢光體之體積含有率與第2區域的螢光體之體積含有率大致相同的本發明之發光光源。又，在設置螢光體層形成材料的製程中，由於端子係以剝離性樹脂塗層覆蓋，因此可以防止螢光體層形成材料附著至端子。
上述剝離性樹脂塗層只要是以可以防止螢光體層形成材料附著於端子之程度來與端子密接、且可以容易地剝離之材料即可，例如由丙烯酸樹脂或氯乙烯等材料所構成者即可。
上述設置螢光體層形成材料的製程較佳係在未滿20Pa的環境氣氛壓力進行，更佳的係在1Pa以上10Pa以下的環境氣氛壓力進行。原因是可容易地進行對第1區域的充填。
本發明之發光光源之製造方法中，螢光體層形成材料對平面部表面之接觸角(接觸角θ 1)，較佳者係較螢光體層形成材料對基板主面之接觸角(接觸角θ 2)要小，尤其θ 1/θ 2在2/3以下為佳。原因是可以容易地進行對第1區域的充填。例如在使用氧化鋁作為基板的基材、使用金作為平面部表面的材料、及使用矽氧樹脂作為螢光體層形成材料的透光性母材的情況，螢光體層形成材料對平面部表面之接觸角約為60度，螢光體層形成材料對基板主面之接觸角約為90度，因此可以容易地對第1區域進行充填。
以下，參照圖式針對本發明的實施形態進行說明。另外，參照的圖式中，實質上具有相同機能的構成要素以相同符號表示，亦有省略重複說明的情況。
圖1A係本發明一實施形態的發光光源之概略立體圖，圖1B係於圖1A所示之發光光源所使用的基板之俯視圖，圖1C為圖1A的I－I線截面圖。
如圖1A、C所示，發光光源1係包含基板10、形成於基板10上的端子11以及平面部12、透過凸塊13構裝於該平面部12上之發光元件14、覆蓋該發光元件14且於該基板10之主面以及該發光元件14間空隙的第1區域15a所充填之螢光體層15。又，在基板10上以跨越端子11及平面部12之方式構裝有靜電防制構件16(例如穩壓二極管或變阻器等)。
如圖1B所示，端子11以及平面部12係以串聯連接6×2＝12個發光元件之方式設置。
螢光體層15係含有螢光體以及透光性母材。而螢光體層15中第1區域15a的螢光體之體積含有率與螢光體層15中覆蓋發光元件14區域之第2區域15b(參照圖1C)的螢光體之體積含有率大致相同。藉此，由於位於發光元件14之出光側的第2區域15b與其相反側之第1區域15a間之熱傳導率大致相同，故可以減少發光元件14之上下層的散熱性差異。藉此，可以消除螢光體層15由基板10剝離等因熱應力所造成的不良情況。
又，發光光源1中，平面部12的面積係較構裝於該平面部12上之發光元件14的面積要廣。藉此，可以在後述的發光光源1之製程中容易地進行朝第1區域15a之螢光體形成材料的充填。
再來，針對發光光源之較佳製造方法進行說明。參照的圖2A~E係發光光源1之較佳製造方法按各製程之截面圖。
首先，如圖2A所示，在形成有端子11以及平面部12的基板10上，以覆蓋端子11之方式設置剝離性樹脂塗層20。藉此，在設置含有螢光體以及矽氧樹脂的螢光體層形成材料21(參照圖2C)的製程中，可以防止螢光體層形成材料21附著至端子11。
再來，如圖2B所示，透過凸塊13在平面部12上構裝發光元件14以及靜電防制構件16。
再來，如圖2C所示，將螢光體層形成材料21流入模具23內，以將發光元件14以及靜電防制構件16埋設於模具23中之方式於模型23上疊放基板10，藉由真空泵22將模具23內減壓至未滿20Pa。藉此，發光元件14被螢光體形成材料21覆蓋，並且螢光體形成材料21被充填至第1區域15a。又，同時藉由在100~180℃下進行1~5分鐘的加熱處理以進行螢光體層形成材料21的第一次硬化。
再來去除模型23，藉由在100~160℃下進行30~180分鐘的加熱處理以進行螢光體層形成材料21的第二次硬化而如圖2D所示般形成螢光體層15。
然後藉由剝離掉剝離性樹脂塗層20而可得到如圖2E所示的發光光源1。
(實施例)
以下針對本發明的實施例作說明。另外，本發明並不受限於該實施例。
藉由圖2A~E所示之方法製造圖1A、C所示之發光光源作為本發明的實施例。另外，在圖2C的製程中，係將模型23內減壓成5Pa。基板10則係使用由Al2 O3 所構成的基板(厚度T1 (參照圖1C)：1mm)。發光元件14係使用由GaN系材料所構成之藍色LED(1mm×1mm，厚度T3 (參照圖1C)：300 μm)。構成螢光體層15的透光性母材則是使用矽氧樹脂。另外，螢光體係相對於螢光體層15全體為15wt%之含有率。又，由基板10之主面至發光元件14的距離T2 (參照圖1C)為30 μm，由發光元件14之上面至螢光體層15之上面的距離T4 (參照圖1C)為1200 μm。
將上述實施例之發光光源置於25℃的室內施以1mA的電流放置1小時，在成為恆定狀態後，藉由紅外放射溫度計(日本亞比歐尼克斯公司製造之熱像儀(thermoviewer))測定螢光體層15之上面的中央部X(參照圖1C)及基板10之下面的中央部Y(參照圖1C)的溫度，並算出其溫度差(Y－X)。又，作為比較例1及2，在圖2C之製程中，除了模型23內係分別減壓至0.1Pa以及0.5Pa外，準備與上述實施例相同製造的發光光源，同樣的算出溫度差(Y－X)。其結果如圖3所示。另外，實施例、比較例1以及比較例2中，螢光體的體積含有量比(第1區域15a/第2區域15b)則分別為0.9、0.6以及0.1。
如圖3所示，實施例的發光光源與比較例1以及2的發光光源相比，其溫度差(Y－X)較小，故可以減少發光元件14之上下層的散熱性差異。
本發明在不超出其要旨的範圍下也可以實施為上述以外的形態。本發明所揭露的實施形態僅為一例，而並非限定於此。本發明的範圍，相較上述說明書的記載，以所附的申請專利範圍之記載做優先解釋，而與申請專利範圍之均等範圍內的所有變更均被包含於申請專利範圍中。
本發明的發光光源有用於例如一般照明、舞台照明(訊號燈)、汽車用照明(尤其前照燈)等所使用的照明裝置，或是街頭用大型顯示器、投影機等所使用之顯示裝置等。
1．．．發光光源
10．．．基板
11．．．端子
12．．．平面部
13．．．凸塊
14．．．發光元件
15．．．螢光體層
15a．．．第1區域
15b．．．第2區域
16．．．靜電防制構件
20．．．剝離性樹脂塗層
21．．．螢光體層形成材料
22．．．真空泵
23．．．模具
第1圖的A為本發明一實施形態之發光光源的概略立體圖；B為於A所示之發光光源所使用的基板之俯視圖；C為A的I－I線截面圖。
第2圖的A~E為本發明一實施形態之發光光源的較佳製造方法的按各製程之截面圖。
第3圖為表示本發明實施例以及比較例亮燈時，螢光體層之上面中央部與基板之下面中央部的溫度差之圖。
1．．．發光光源
10．．．基板
11．．．端子
12．．．平面部
13．．．凸塊
14．．．發光元件
15．．．螢光體層
15a．．．第1區域
15b．．．第2區域
16．．．靜電防制構件

Claims (7)

  1. 一種發光光源，係包含基板、形成於該基板上的端子以及平面部(land)、透過凸塊構裝於該平面部上之複數個發光元件、覆蓋該複數個發光元件且充填於該基板之主面與該發光元件間之空隙的螢光體層，其特徵在於：該螢光體層係含有螢光體及透光性母材；該螢光體層充填於該空隙的區域之該螢光體的體積含有率與該螢光體層覆蓋該複數個發光元件的區域之該螢光體的體積含有率係大致相同；從該複數個發光元件之上面至該螢光體之上面為止之距離、與位於該平面部之配置方向之該複數個發光元件間之距離係大致相同。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光光源，其中該螢光體層充填於該空隙的區域之該螢光體的體積含有率係該螢光體層覆蓋該複數個發光元件的區域之該螢光體的體積含有率的80%以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之發光光源，其中該透光性母材為矽氧樹脂。
  4. 如申請專利範圍第1項之發光光源，其中該平面部的面積係較構裝於該平面部上之發光元件之面積要廣。
  5. 一種發光光源之製造方法，其特徵在於，包含下述製程：於形成有端子以及平面部的基板上，以覆蓋該端子的方式設置剝離性樹脂塗層； 透過凸塊於該平面部上構裝複數個發光元件；將含有螢光體以及透光性母材之螢光體層形成材料，以覆蓋該複數個發光元件且充填於該基板主面與該複數個發光元件間之空隙的方式做減壓設置；以及將該剝離性樹脂塗層予以剝離。
  6. 如申請專利範圍第5項之發光光源之製造方法，其中設置該螢光體層形成材料之製程係在未滿20Pa的環境氣氛壓力下進行。
  7. 如申請專利範圍第5項之發光光源之製造方法，其中該螢光體層形成材料對該平面部表面之接觸角係較該螢光體層形成材料對該基板主面之接觸角要小。
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