專利名稱：電致發(fā)光的熒光體轉換光源及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括覆蓋有熒光體層的發(fā)光元件的發(fā)光光源及其制造方法。
背景技術：
諸如發(fā)光二極管(下文中稱之為"LED")、半導體激光器等發(fā)光元件 應用于各種類型的發(fā)光器件中。在這些器件當中，近來其中使用LED裸片 的發(fā)光光源與利用放電或輻射的常規(guī)光源相比不僅尺寸小和效率高，而且 光通量密度還得到了增加。因此，這種發(fā)光光源會取代常規(guī)光源。
使用LED裸片的發(fā)光光源的例子包括含有LED裸片、連接到LED裸 片的襯底、以及包含熒光體且覆蓋LED裸片的熒光體層的發(fā)光光源。在這 種類型的發(fā)光光源當中，尤其關注通過利用發(fā)出藍色光的LED裸片和包含 在熒光體層中且發(fā)出黃色光的熒光體來產(chǎn)生白色的輸出光的發(fā)光光源。
同時，例如，通過其中利用多個金線將經(jīng)由非導電膠結合到襯底上的 LED裸片連接到襯底的方法、其中利用金線將經(jīng)由導電膠或Au-Sn共晶結 合而結合到襯底上的LED裸片連接到襯底的方法、或者其中經(jīng)由突起將 LED裸片連接到襯底的倒裝片連接方法，來建立LED裸片與襯底之間的電 連接。當將上述使用LED裸片的發(fā)光光源用作發(fā)光光源時，不使用導線的 倒裝片連接方法更加適合，因為在利用導線建立電連接的方法中，很可能 導線的影子會投射在將要被輻射的表面上。
通常，在倒裝片連接方法中，通過由金或焊料形成的突起將LED裸片 電連接到襯底上的導體圖案。在這種情況下，將突起直接形成在LED裸片 上或形成于襯底上的導體圖案(例如，焊盤)上。此外，還有一種方法， 其中在將LED裸片連接到襯底之后，進一步將底層填料填充到LED裸片與襯底之間的間隙中(例如參見JP2003-101075A)。底層填料通常為例如由諸 如環(huán)氧樹脂等樹脂形成的液體材料。通過該底層填料的使用，能夠加強LED 裸片與襯底之間的結合。
然而，底層填料可能會流到LED裸片的側面或者蔓延到除LED裸片與 襯底之間的區(qū)域之外的區(qū)域。這種情況導致熒光體層具有不穩(wěn)定的形狀， 即，覆蓋LED裸片的熒光體層具有不一致的厚度，導致輸出光的色度不一 致，這是有問題的。
此外，在底層填料和熒光體層由彼此不同的材料形成的情況下，尤其 當熒光體層包含具有較低粘性的硅樹脂時，在底層填料和熒光體層之間的 界面處可能會發(fā)生剝離，這也是有問題的。
為了解決上述問題，已經(jīng)提出了一種在不使用底層填料的情況下來制 造發(fā)光光源的方法，通過在發(fā)光元件與襯底之間設置由熒光體層形成材料 構成的透光性基材來實現(xiàn)該方法(參見WO 2006/041178 A3)。
然而，根據(jù)WO 2006/041178 A3中描述的制造方法，分散在設置于發(fā) 光元件與襯底之間的透光性基材中的熒光體的含量減少。因此，分散在透 光性基材中的熒光體的含量可能變得明顯不同于覆蓋發(fā)光元件的熒光體層 中的熒光體的含量。結果，在位于發(fā)光元件之上的層的散熱特性與位于發(fā) 光元件之下的層的散熱特性之間產(chǎn)生顯著差別，并且這種散熱特性的顯著 差別產(chǎn)生熱應力，其導致熒光體層從襯底上剝落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將解決常規(guī)技術問題，并且將提供一種發(fā)光光源以及制造這種 發(fā)光光源的方法，在所述發(fā)光光源中能夠減小發(fā)光元件之上的層與其之下 的層的散熱特性之間的差別。
本發(fā)明的發(fā)光光源包括襯底；形成在所述襯底上的端子和焊盤；經(jīng) 由突起安裝在所述焊盤上的發(fā)光元件；以及覆蓋所述發(fā)光元件且填充在所 述襯底的主表面與所述發(fā)光元件之間的空隙中的熒光體層。在該發(fā)光光源 中，所述熒光體層包含熒光體和透光性基材，并且所述熒光體層填充在所
5述空隙中的部分中的熒光體的體積含量與所述熒光體層覆蓋所述發(fā)光元件 的部分中的熒光體的體積含量彼此基本相等。
本發(fā)明的制造發(fā)光光源的方法包括以下步驟在其上形成有端子和焊 盤的襯底上設置可剝離樹脂涂層，使得所述可剝離樹脂涂層覆蓋所述端子； 經(jīng)由突起將發(fā)光元件安裝在所述焊盤上；在減小的壓力下設置包含熒光體 和透光性基材的熒光體層形成材料，使得所述熒光體層形成材料覆蓋所述 發(fā)光元件并且填充在所述襯底的主表面與所述發(fā)光元件之間的空隙中；以 及剝落所述可剝離樹脂涂層。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光光源和制造發(fā)光光源的方法，可以減小發(fā)光元件之 上的層與其之下的層的散熱特性之間的差別。因此，能夠防止由熱應力導 致的缺陷，例如熒光體層從襯底上的剝落等。


圖1A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光光源的透視圖，圖1B 是在圖1A所示的發(fā)光光源中使用的襯底的平面圖，以及圖1C是沿圖1A 所示的線I-I截取的截面圖2A至2E是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造發(fā)光光源的優(yōu)選方法的 步驟的截面圖3是針對點亮時的本發(fā)明的實例和比較例中的每一個示出熒光體層 的上表面的中心部分與襯底的下表面的中心部分的溫度之間的差別的曲線 圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的發(fā)光光源包括襯底、形成在襯底上的端子和焊盤、以及經(jīng)由 突起安裝在焊盤上的發(fā)光元件。
對形成襯底的材料沒有特別的限制，并且例如，可以使用由A1203、 A1N 等形成的陶瓷材料、含有無機填充物和熱固性樹脂的復合材料等?；蛘撸?可以使用通過在由鋁等形成的金屬材料上形成電絕緣層(例如，上述復合材料)而獲得的疊層材料，以便提高襯底的散熱特性。襯底具有例如大約
0.5mm到3mm的厚度。
可以使用常用材料用于形成端子、焊盤、以及突起。例如，可以通過 使用銅，或者通過使用銅并使其鍍有鎳和金等，來形成端子和焊盤，并且 可以通過使用金、焊料等來形成突起。
例如，可以使用發(fā)出波長為420nm至500nm的藍色光的藍色LED、發(fā) 出波長為380nm至420nm的藍紫色光的藍紫色LED等作為發(fā)光元件。例 如，可以使用利用InGaAlN基的材料形成的LED作為藍色LED或藍紫色 LED。應該注意的是，對設置在襯底上的發(fā)光元件的數(shù)量沒有特別的限制， 并且可以根據(jù)所需要的光量來適當?shù)卦O置這一數(shù)量。
除上述構成元件之外，本發(fā)明的發(fā)光光源還包括覆蓋發(fā)光元件且填充 在襯底的主表面與發(fā)光元件之間的空隙中的熒光體層。所述熒光體層包含 熒光體和透光性基基材，并且所述熒光體層填充在空隙中的那一部分(下 文將其中形成該部分的區(qū)域稱為"第一區(qū)域")中的熒光體的體積含量與所 述熒光體層覆蓋發(fā)光元件的那一部分(下文將其中形成該部分的區(qū)域稱為 "第二區(qū)域")中的熒光體的體積含量彼此基本相等。這導致位于發(fā)光元件 的光輸出側上的第二區(qū)域中的熱導率與位于相對側上的第一區(qū)域中的熱導 率彼此基本相等，由此能夠減小發(fā)光元件之上的層與其之下的層的散熱特 性之間的差別。因此，能夠防止由熱應力導致的缺陷，例如熒光體層從襯 底上的剝落等。應該注意的是，措辭"基本相等"意味著在第一和第二區(qū) 域中包含熒光體以至于第一和第二區(qū)域中的相應熱導率變得彼此基本相 等。例如，第一區(qū)域中的熒光體的體積含量可以不小于第二區(qū)域中的熒光 體的體積含量的80%，并且優(yōu)選的是前者不小于后者的卯％且不大于后者 的100%。
例如，可以使用發(fā)出紅色光的紅色熒光體、發(fā)出黃色光的黃色熒光體、 發(fā)出綠色光的綠色熒光體等作為包含在熒光體層中的熒光體。例如，可以 使用氮化物硅酸鹽基(nitride silicate-based) Sr2Si5N8:Eu2+、氮化物鋁硅酸鹽 基(nitride aluminosilicate-based) CaAlSiN3:Eu2+、氧氮化物鋁硅酸鹽基
7(oxonitride aluminosilicate-based) Sr2Si4A10N7:Eu2+、 LOS基La202S:Eu3+ 等作為紅色熒光體。例如，可以使用(Sr，Ba)2Si04:Eu2+、 (Y， Gd)3Al5012:Ce3+ 等作為黃色熒光體。例如，可以使用BaMgAl10O17:Eu2+、 BaMgAl10O17:Mn2+、 SrAl204:Eu2+、硅酸鹽基(Ba， Sr)2Si04:Ei^+等作為綠色熒光體。應該注意的是， 在使用發(fā)出波長不大于420nm的藍紫色光的LED或發(fā)出波長不大于380nm 的紫外光的LED作為發(fā)光元件的情況下，例如，可以與發(fā)出藍色光的藍色 熒光體相結合地使用上述紅色熒光體或綠色熒光體來作為熒光體。例如， 可以使用諸如BaMgAlK)On:Eu2+的鋁酸鹽熒光體、諸如Ba3MgSi20s:Eu2+的 硅酸鹽熒光體等作為這種藍色熒光體。
對形成熒光體層的透光性基材沒有特別的限制，只要可以將熒光體分 散在其中并且可以使輸出光從其透過即可，但諸如硅樹脂或環(huán)氧樹脂的透 光性樹脂是優(yōu)選的。在這些樹脂當中，更優(yōu)選硅樹脂，因為在固化之前其 具有良好的耐光性和高流動性；這些特性使得在稍后所述的制造過程中至 第一區(qū)域中的填充變得更容易。
在本發(fā)明的發(fā)光光源中，優(yōu)選地，每一個焊盤的面積大于安裝在焊盤 上的每一個發(fā)光元件的面積。特別優(yōu)選地，每一個焊盤的面積不小于每一 個發(fā)光元件的面積的1.3倍。這是因為這種結構使得在稍后所述的制造過程 中至第一區(qū)域中的填充變得更容易。
下面描述一種本發(fā)明的制造發(fā)光光源的制造方法。應該注意的是，由 于下述制造發(fā)光光源的方法是用于制造本發(fā)明的上述發(fā)光光源的優(yōu)選方 法，所以在一些情況下省略了對已經(jīng)描述過的內(nèi)容的重復描述。
本發(fā)明的制造發(fā)光光源的方法包括下列步驟以如下方式在其上形成 有端子和焊盤的襯底上設置可剝離樹脂涂層可剝離樹脂涂層覆蓋端子； 經(jīng)由突起將發(fā)光元件安裝在焊盤上；在減小的壓力下設置包含熒光體和透 光性基材的熒光體層形成材料，使得該材料覆蓋發(fā)光元件并且填充在襯底 的主表面與發(fā)光元件之間的空隙(即，第一區(qū)域)中；以及剝落可剝離樹 脂涂層。由于在該方法中在減小的壓力下設置熒光體層形成材料，所以可 以容易地將包含熒光體的熒光體層形成材料填充在第一區(qū)域中。因此，能夠容易地制造本發(fā)明的發(fā)光光源，其中第一區(qū)域中的熒光體的體積含量和 第二區(qū)域中的熒光體的體積含量彼此基本相等。此外，由于在設置熒光體 層形成材料的步驟中用可剝離樹脂涂層覆蓋端子，因此可以防止熒光體層 形成材料附著于端子。
可剝離樹脂涂層可以由任何材料形成，只要該材料可以更加緊密地附 著于端子以便防止熒光體層形成材料附著于端子且容易從端子上剝離即 可。例如，可以由丙烯酸樹脂、氯乙烯等來形成該材料。
優(yōu)選在小于20Pa的環(huán)境氣壓下，且更優(yōu)選地在不小于1Pa且不大于 10Pa的環(huán)境氣壓下執(zhí)行設置熒光體層形成材料的步驟。這是因為這種條件 使得至第一區(qū)域中的填充更容易。
在本發(fā)明的制造發(fā)光光源的方法中，優(yōu)選地，熒光體層形成材料相對 于焊盤表面的接觸角(接觸角e》小于熒光體層形成材料相對于襯底主表
面的接觸角(接觸角e2)。特別優(yōu)選地，e"e2不大于2/3。這是因為該條件
使得至第一區(qū)域中的填充更容易。例如，在使用鋁作為用于襯底的材料、 使用金作為用于形成焊盤表面的材料、以及使用硅樹脂作為熒光體層形成 材料的透光性基材的情況下，熒光體層形成材料相對于焊盤表面的接觸角
為大約60° ，而熒光體層形成材料相對于襯底主表面的接觸角為大約90° 。
因此，能夠容易執(zhí)行至第一區(qū)域中的填充。
下文中，將參考附圖通過示例性實施例來描述本發(fā)明。應該注意的是， 在所參考的附圖中，利用相同的參考標記表示具有基本相同功能的構成元 件，并且在一些情況下省略了對這種元件的重復描述。
圖1A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的發(fā)光光源的透視圖。圖1B 是在圖1A所示的發(fā)光光源中使用的襯底的平面圖，以及圖1C是沿圖1A 所示的線I-I截取的截面圖。
如圖1A和1C所示，發(fā)光光源1包括襯底10、形成在襯底10上的端 子11和焊盤12、經(jīng)由突起13安裝在焊盤12上的發(fā)光元件14、以及覆蓋 發(fā)光元件14并填充在第一區(qū)域15a、即襯底10的主表面與發(fā)光元件14之 間的空隙中的熒光體層15。此外，在襯底10上，將抗靜電構件16 (例如，齊納二極管、變阻器等)安裝成在端子11和焊盤12上方延伸。
如圖1B所示，設置端子11和焊盤12，使得數(shù)量為6X2=12的發(fā)光元 件14串聯(lián)連接。
熒光體層15包含熒光體和透光性基材。第一區(qū)域15a中的熒光體層15 中的熒光體的體積含量與第二區(qū)域15b中的熒光體層15的熒光體的體積含 量彼此基本相等，所述第二區(qū)域15b是覆蓋發(fā)光元件14的區(qū)域(參見圖lC)。 這導致位于發(fā)光元件14的光輸出側上的第二區(qū)域15b中的熱導率和位于相 對側上的第一區(qū)域15a中的熱導率彼此基本相等，由此能夠減小發(fā)光元件 14之上的層與其之下的層的散熱特性之間的差別。因此，能夠防止由熱應 力導致的缺陷，例如熒光體層15從襯底10上的剝落等。因此，能夠防止 由熱應力導致的缺陷，例如熒光體層15從襯底10上的剝落等。
在發(fā)光光源1中，每一個焊盤12的面積大于安置在焊盤12上的每一 個發(fā)光元件14的面積。這使得在稍后所述的發(fā)光光源1的制造過程中將熒 光體層形成材料填充在第一區(qū)域15a中更容易。
接下來，將描述用于制造發(fā)光光源1的優(yōu)選方法。本文中所參考的圖 2A到2E是示出用于制造發(fā)光光源1的優(yōu)選方法的步驟的截面圖。
首先，如圖2A所示，將可剝離樹脂涂層20設置在其上形成有端子11 和焊盤12的襯底10上，以便可剝離樹脂涂層20覆蓋端子11。這樣，在設 置包含熒光體和硅樹脂的熒光體層形成材料21的步驟中(參見圖2C)，可 以防止熒光體層形成材料21附著于端子11。
接下來，如圖2B所示，經(jīng)由突起13將發(fā)光元件14和抗靜電構件16 安裝在焊盤12上。
接下來，如圖2C所示，將熒光體層形成材料21注入到模23中，并且 以如下方式將襯底10疊置在模23上使發(fā)光元件14和抗靜電構件16嵌 入在熒光體層形成材料21中。然后，通過真空泵22減小壓力以便在模23 中壓力變得小于20Pa。通過該工藝，利用熒光體層形成材料21覆蓋發(fā)光元 件14，同時將熒光體層形成材料21填充在第一區(qū)域15a中。此外，同時在 IO(TC至180'C下實施熱處理一到五分鐘，由此對熒光體層形成材料21執(zhí)行
10初次固化操作。
接下來，除去模23并且在IO(TC至16(TC下實施熱處理30到180分鐘， 由此對熒光體層形成材料21執(zhí)行二次固化操作。通過這樣做，形成熒光體 層15，如圖2D所示。
然后，剝落可剝離樹脂涂層20，由此獲得圖2E所示的發(fā)光光源1。
實例
下文中，將通過示例性實例來描述本發(fā)明。應該注意的是，本發(fā)明不 限于該實例。
作為本發(fā)明的實例，通過圖2A到2E所示的方法制造如圖1A和1C所 示的發(fā)光光源。應該注意的是，在圖2C所示的步驟中減小壓力以便在模 23中壓力變?yōu)?Pa。使用由A1203 (厚度乃(參見圖1C): lmm)制成的襯 底作為襯底IO。使用由GaN基材料(lmmXlmm，厚度T3 (參見圖1C): 300 um)制成的藍色LED作為發(fā)光元件14。使用硅樹脂作為用于形成熒 光體層15的透光性基材。應該注意的是，相對于熒光體層15的總重量， 所包含的熒光體的含量為15wt%。此外，從襯底10的主表面到發(fā)光元件 14的距離T2 (參見圖1C)為30li m，而從發(fā)光元件14的上表面到熒光體 層15的上表面的距離T4 (參見圖1C)為1200um。
在室內(nèi)在25'C的室溫下，向上述實例的發(fā)光光源提供lmA的電流，并 且保持一個小時。在發(fā)光光源處于靜態(tài)之后，通過紅外線輻射溫度計(由 NipponAvionicsCo.，Ltd制造的溫度計)，來測量熒光體層15的上表面的中 心部分X (參見圖1C)處的溫度和在襯底10的下表面的中心部分Y (參見 圖1C)處的溫度，并計算溫度差(Y-X)。作為比較例l和2，除了減小壓 力以便在模23中壓力分別變?yōu)镺.lPa和0.5Pa之外，以與上述實例相同的 方式進行制造以制備發(fā)光光源，并且對于每一種情況以相同的方式計算溫 度差(Y-X)。在圖3中示出結果。應該注意的是，在實例與比較例1和2 中，熒光體(第一區(qū)域15a/第二區(qū)域15b)的體積含量之比分別為0.9、 0.6 和0.1。如圖3所示，與比較例1和2的發(fā)光光源相比，實例的發(fā)光光源中的 溫度差(Y-X)較小。因此，減小了發(fā)光元件14之上的層與其之下的層的 散熱特性之間的差別。
可以在不脫離本發(fā)明的精神和本質(zhì)特征下，以其他形式實施本發(fā)明。 在各個方面將本申請中公開的實施例視為是示例性的而非限制性的。由所 附的權利要求而不是前述說明來指明本發(fā)明的范圍，并且旨在將所有落入 權利要求的涵義和等同范圍內(nèi)的所有變化包括在其中。
工業(yè)實用性
例如，本發(fā)明的發(fā)光光源可用于在普通照明、顯示照明(標牌光等)、 汽車照明(特別是前燈)等中使用的照明設備；以及在用于街道、投影儀 等的大顯示器中使用的顯示設備。
權利要求
1、一種發(fā)光光源，包括襯底；形成在所述襯底上的端子和焊盤；經(jīng)由突起安裝在所述焊盤上的發(fā)光元件；以及覆蓋所述發(fā)光元件且填充在所述襯底的主表面與所述發(fā)光元件之間的空隙中的熒光體層，其中所述熒光體層包含熒光體和透光性基材，并且所述熒光體層填充在所述空隙中的部分中的熒光體的體積含量與所述熒光體層覆蓋所述發(fā)光元件的部分中的熒光體的體積含量彼此基本相等。
2、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光光源，其中所述熒光體層填充在所述空隙中的那一部分中的熒光體的體積含量不 小于所述熒光體層覆蓋所述發(fā)光元件的那一部分中的熒光體的體積含量的 80%。
3、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光光源，其中 所述透光性基材為硅樹脂。
4、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光光源，其中 所述焊盤的面積大于安裝在所述焊盤上的所述發(fā)光元件的面積。
5、 一種用于制造發(fā)光光源的方法，該方法包括下列步驟-在其上形成有端子和焊盤的襯底上設置可剝離樹脂涂層，使得所述可剝離樹脂涂層覆蓋所述端子；經(jīng)由突起將發(fā)光元件安裝在所述焊盤上；在減小的壓力下設置包含熒光體和透光性基材的熒光體層形成材料， 使得所述熒光體層形成材料覆蓋所述發(fā)光元件并且填充在所述襯底的主表面與所述發(fā)光元件之間的空隙中；以及 剝落所述可剝離樹脂涂層。
6、 根據(jù)權利要求5所述的用于制造發(fā)光光源的方法，其中 在小于20Pa的環(huán)境氣壓下執(zhí)行設置所述熒光體層形成材料的步驟。
7、 根據(jù)權利要求5所述的用于制造發(fā)光光源的方法，其中 所述熒光體層形成材料相對于所述焊盤的表面的接觸角小于所述熒光體層形成材料相對于所述襯底的所述主表面的接觸角。
全文摘要
配置一種發(fā)光光源(1)，其包括襯底(10)；形成在襯底(10)上的端子(11)和焊盤(12)；經(jīng)由突起(13)安裝在焊盤(12)上的發(fā)光元件(14)；以及覆蓋發(fā)光元件(14)且填充在襯底(10)的主表面與發(fā)光元件(14)之間的空隙中的熒光體層(15)，其中熒光體層(15)包含熒光體和透光性基材，并且所述熒光體層(15)填充在所述空隙中的部分(15a)中的熒光體的體積含量與所述熒光體層(15)覆蓋所述發(fā)光元件(14)的部分(15b)中的熒光體的體積含量彼此基本上相等。
文檔編號H01L33/50GK101507005SQ20078003168
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權日2006年8月29日
發(fā)明者上野康晴, 仕田智, 植本隆在, 西本惠司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社