具有螢光材料的成型化合物和由其製造的發光器件的製作方法
2023-10-25 15:37:42 2
專利名稱：具有螢光材料的成型化合物和由其製造的發光器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有螢光材料的成型化合物和由其製造的發光器件。
背景技術：
為了進行本討論，將按照發「白光」的發光二極體(LED)來討論本發明；但是，本發明中所教導的方法可以被應用到很大範圍的LED。發出觀察者感知為「白色」的光的白光LED可以通過製造這樣的LED來構造，該LED按合適的強度比例發出藍光和黃光的組合。高強度的藍光LED是本領域熟知的。通過經由適當的螢光體來轉換某些藍色光子，可以從藍光產生黃光。在一種設計中，包含分散的螢光體粒子的透明層覆蓋LED晶片。這些螢光體粒子在圍繞藍色LED的發光表面的封裝材料中分散。為了獲得白光LED，必須精確控制被分散的螢光體粒子的厚度和均勻度。
在一類現有技術的LED中，通過模製工藝來製造螢光體層，該工藝利用其中分散有螢光體粒子的液模化合物。液模化合物被塗到其上具有LED的管芯。隨後將成型化合物在合適的位置固化以提供螢光體粒子層。在一種設計中，將LED安裝在印刷電路板基底的井中的散熱器上。該井所具有的反射側面形成了在其底部具有LED晶片的反射「杯」。將螢光體與液體鑄模環氧樹脂混和並注入到杯中。然後將混合物加熱固化2小時。
不幸的是，此製造系統由於反射杯中不均勻的螢光體分散而成品率較差。螢光體粒子的密度大於液體鑄模環氧樹脂的密度，並因此這些粒子趨向於沉積到反射器杯的底部。結果，減少了晶片上方螢光體的量，這又降低了完成的器件所產生的黃光對藍光的比例。這樣的器件會發出髮帶藍色的白光，而非白光。
此外，液體鑄模環氧樹脂趨向於在加熱固化的工藝過程中收縮。這可能留下一部分露出晶片的頂部。這還導致不期望的色移。
上述問題的一種解決方案是利用傳遞模塑工藝來在管芯上形成螢光體塗層。在這樣一種工藝中，螢光體粒子被懸浮在部分固化的環氧樹脂中。部分固化的環氧樹脂的顆粒受到充分的熱和壓力，以使得環氧樹脂流入覆蓋管芯的模具中。所產生的螢光體覆蓋物在足夠短的時間內形成，使得上述螢光體沉積問題被顯著減小。
不幸的是，在這些器件中使用的螢光體一樹脂組合有許多問題。首先，螢光體層對半導體管芯的粘接可能不足以提供可靠的器件。其次，許多螢光體對潮溼敏感，並且所利用的樹脂可被水充分滲透，這種敏感性會減少器件的壽命。第三，在這些器件中利用的許多發光器發出在藍色或紫外光譜的光。這種短波長的光會損壞環氧樹脂，並由此也縮短器件的壽命。
發明內容
本發明包括一種螢光體化合物以及利用該化合物的發光器件。該化合物包括在透明介質中均勻分布的螢光體粒子的懸浮物，所述介質包括環氧樹脂以及包含透明材料的分散粒子的分散劑。這些分散粒子具有在1μm-5μm之間的中值粒子大小。分散劑可以由無機和有機材料兩者製成，例如鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化矽樹脂(silicone oxide)、碳酸鈣、黑素樹脂(melanin resin)、CTU三聚氰二胺樹脂或苯並胍胺樹脂。所述分散劑具有按照重量小於或等於5％的濃度。在一個實施例中，組合物包括改善所述透明介質對半導體管芯的粘接的粘接促進劑。在一個實施例中，粘接促進劑包括功能性烷氧基矽氧烷。在一個實施例中，螢光體粒子塗有例如矽蠟的疏水劑，其保護螢光體粒子不受溼度影響。在一個實施例中，組合物包括例如間苯二酚單苯甲酸酯的UV抑制劑。在一個實施例中，組合物包括使所述環氧樹脂增稠的觸變劑。在一個實施例中，組合物的形式為適合於傳遞模塑的顆粒。根據本發明一個實施例的發光器件包括其上具有發光器件的半導體管芯和一層上述組合物，所述發光器件以第一波長發光，其中所述螢光體粒子將第一波長的光轉換成第二波長的光。
圖1是現有技術的LED器件100的橫截面視圖，該器件在帶有至少兩個端子來向器件供電的襯底110上構造。
圖2和3圖示了本發明應用傳遞模塑工藝來製造LED器件10的方式。
具體實施例方式
參考圖1可以更容易地理解本發明提供其優點的方式，圖1是現有技術LED器件100的橫截面視圖。在帶有至少兩個端子來向器件供電的襯底110上構造LED器件100。在120和130示出示例性端子。在圖1所示的實施例中，使用粘接層150來將LED140安裝到第一端子120上。LED140在LED的底表面上具有一個功率端子，並在頂表面上的焊盤上具有另一個功率端子。粘接層150由導電粘結劑構成，並由此對LED底部上的功率端子提供電連接。通常使用傳統的引線接合工藝而連接的導線160提供了第二端子130和LED140之間的功率連接。包含螢光體粒子180的第一封裝170圍繞LED分布。第二封裝190隨後密封第一封裝。
如上所述，在一類現有技術器件中，通常通過將螢光體粒子與第一密封劑混和來產生含螢光體的密封劑，第一密封劑通常為基於環氧樹脂的材料。必須製造足夠量的混合物來處理大量的LED，以提供足夠的規模效益。該混合物隨後被置於儲存器中，並使用諸如注射器之類的分配工具分配在LED之上。螢光體漿的體積是變化的，因為固有地難以每次分配精確的體積。
此外，將材料分配在不同的各個LED上的時間段長到足以允許螢光體粒子在密封劑儲存器中沉積。螢光體粒子具有比環氧樹脂材料大得多的比重。因此，這些粒子趨向於沉積，由此隨著分配處理的進行，所分配的漿具有不同比例的螢光體。結果，隨著工藝的進行而製造出具有不同螢光體量的LED器件。這種螢光體的變化導致LED器件具有不同的顏色。因此，或者必須使用短的製造時間，或者必須接受更小的產量。
通過利用傳遞模塑工藝會減少這些沉積和分配的問題。因為傳遞模塑工藝對本領域是熟知的，所以這裡將不詳細討論這些工藝。為了進行本討論，注意到這些工藝是基於改變樹脂顆粒的形狀就足夠了。現在參考圖2和3，這兩個示了本發明應用傳遞模塑工藝來製造LED器件10的方式。圖2是以類似於上述參考圖1所討論的方式安裝到襯底11上的LED晶片14的橫截面視圖。LED晶片14具有從LED晶片14的底表面訪問的第一功率端子和從LED晶片14的頂表面訪問的第二功率端子。這些功率端子分別連接到端子12和13。經由塗覆到LED晶片14的底表面上的導電粘接層15來連接第一功率端子，並經由引線16來連接第二功率端子。
將包含螢光體粒子的固體顆粒17置於被連接到覆蓋LED晶片的模具21的注入室20中。下面將更詳細地討論顆粒17的成分。為了進行本討論，注意到顆粒是由在加熱和受壓時將流動的樹脂構成的就足夠了。但是，即使在流動過程期間，材料的粘度也足夠的高，以防止螢光體粒子沉積。
注入室中的成型顆粒被加熱和壓縮，以使得顆粒材料流入模具21中，在這裡其硬化成具有所期望的形狀並如圖3所示覆蓋LED晶片14的螢光體層19。應該注意到如果顆粒17中的螢光體粒子被均勻分布在顆粒材料中，那麼所產生的螢光體罩19也將具有均勻分布的螢光體粒子。雖然圖3中示出的實施例具有特定形狀的螢光體層，但也可以實現其中螢光體層具有不同形狀的實施例。
可以從光學透明的環氧樹脂來構造用於本發明中的合適的螢光體成型化合物的組合物。環氧樹脂佔了最終顆粒的重量的多於60％。合適的成型化合物可以從Henkel-Loctite(MG18/Mg97)，211 Franklin Street，Olean，NewYork 14760，USA購得。
本發明可以與很多種螢光體一起使用。例如，可以利用基於諸如釔鋁石榴石(YAG:Ce)、YAG:Ce，Pr、YAG:Ce，Tb、鋱鋁石榴石(TAG:Ce)之類的鋁石榴石；矽酸鹽螢光體(Ba，Ca，Sr)SiO4；諸如硫化鍶(SrS)之類的硫化物和諸如四硫代鎵酸鍶(SrGa2S4)之類的硫鎵化物的螢光體。這些螢光體以從1μm到30μm的範圍內的粒子的形式提供並具有不同的形狀。合適的螢光體商業上可從Osram、Philips或General Electric得到。如上所述，這些螢光體通常具有高的比重並在混和成漿的形式時易於沉積。還應該注意到某些螢光體，例如SrS或SrGa2S4對溼度敏感，因為在長時間暴露到潮溼環境中時它們的波長轉換能力會惡化，並因此而必須被保護不受溼度影響。顆粒的螢光體組分通常重量在0到35％的範圍內。
如上所述，螢光體粒子在環氧樹脂固化之前懸浮在環氧樹脂混合物中時，有沉積的趨勢。因此，加入重量小於或等於8％的觸變劑，以防止在顆粒材料固化之前的沉積。熱解矽酸可以被用作觸變劑。
優選的顆粒組合物還包括例如濃度按照重量為小於或等於5％的SiO2或TiO2的分散劑。分散劑有助於抑制可能由更大的發光材料粒子所導致的顏色不一致，並增加環氧樹脂的粘度。分散劑還可以與發光材料結合。分散劑可以是無機化合物，例如鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化矽樹脂、碳酸鈣等。此外，也可以使用有機分散劑，例如黑素樹脂、CTU三聚氰二胺樹脂和苯並胍胺樹脂。分散劑優選地具有在1μm-5μm之間的中值粒子尺寸。因為這些粒子的小尺寸，所以分散劑對從二極體發出的光具有最小的影響，但卻可以在對所得到的發光強度改變最小的情況下增加環氧樹脂自身的粘度。
優選的顆粒組合物還包括濃度按照重量為小於或等於3％的粘接促進劑，以改善螢光體罩和在下面的LED以及周圍的表面之間的粘接。例如，包括功能性烷氧基矽氧烷的粘接促進劑會改善成型組合物的固化狀態下螢光體粒子和環氧樹脂之間的粘接。
如果螢光體組合物對溼度敏感，則顆粒組合物還包括疏水劑以保護螢光體粒子不受溼度影響。疏水劑的濃度按照重量為小於3％。例如，可以使用液體矽蠟來改變無機材料表面與有機(環氧)樹脂的兼容性和可溼潤性。
最後，顆粒組合物還可以包括濃度按照重量為小於或等於3％的UV抑制劑，以防止在器件將暴露到外部UV源或者LED產生UV的器件的應用中，由於暴露到UV而導致樹脂的惡化。例如，間苯二酚單苯甲酸酯(resorcinol monobenzoate)可以用作UV抑制劑。該化合物商業上可從美國的Eastman Chemical Products得到。
如上所述，觸變劑被用來使環氧鑄模樹脂增稠，以使螢光體粒子懸浮在成型化合物中。這確保了螢光體均勻懸浮在整個成型顆粒中。成型化合物優選地是其中基本均勻分布有螢光體材料的部分固化環氧樹脂組合物的反應產物。通過將環氧樹脂組合物和螢光體材料的均勻混合物部分固化來準備成型化合物，以增加環氧樹脂組合物的粘度並在混和過程中使螢光體材料懸浮在環氧樹脂組合物中。
雖然本發明的上述實施例利用了具體的螢光體和成型化合物的組合物，但是本發明也可以用許多其他成型和螢光體組合物來實現。具體而言，可以利用能夠將從LED發出的光轉換成可見光的任何螢光體材料。螢光體材料可以是能夠轉換並發出一種顏色(寬帶、窄帶或多線，例如紅、綠、黃或白)的螢光體，或者能夠轉換並發出不同顏色以提供所期望的輸出光譜的螢光體混合物。
例如，本發明的成型化合物可以與能夠產生UV和/或藍光的LED一起使用，以產生看上去是白色的光。在這種情況下，螢光體材料將這種UV和/或藍光轉換成可見白光。具體地說就是波長在400到約800nm之間的範圍內的光。螢光體材料理想地以粒子的形式提供，這些粒子可以混和到環氧樹脂組合物中。
從以上說明和附圖，本領域技術人員將很清楚對本發明的各種修改。因此，本發明僅僅由所附權利要求來限制。
權利要求
1.一種組合物，包括均勻分布在透明介質中的螢光體粒子的懸浮物，所述透明介質包括環氧樹脂；使所述環氧樹脂增稠的觸變劑；包括透明材料的分散粒子在內的分散劑，所述分散劑具有按照重量小於或等於5％的濃度；改善所述透明介質對半導體管芯的粘接的粘接促進劑，所述粘接促進劑具有按照重量小於或等於3％的濃度；和濃度按照重量為小於或等於3％的UV抑制劑，其中所述螢光體粒子塗有保護所述螢光體粒子不受溼度影響的疏水劑，所述疏水劑具有按照重量小於或等於3％的濃度。
2.如權利要求1所述的組合物，其中所述分散粒子具有在1μm-5μm之間的中值粒子大小。
3.如權利要求1所述的組合物，其中所述分散劑包括無機化合物。
4.如權利要求3所述的組合物，其中所述無機化合物包括鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化矽樹脂或碳酸鈣。
5.如權利要求1所述的組合物，其中所述分散劑包括有機化合物。
6.如權利要求5所述的組合物，其中所述有機化合物包括黑素樹脂、CTU三聚氰二胺樹脂或苯並胍胺樹脂。
7.如權利要求1所述的組合物，其中所述粘接促進劑包括功能性烷氧基矽氧烷。
8.如權利要求1所述的組合物，其中所述疏水劑包括矽蠟。
9.如權利要求1所述的組合物，其中所述UV抑制劑包括間苯二酚單苯甲酸酯。
10.如權利要求1所述的組合物，其中當將所述組合物置於比將損壞半導體管芯的壓力和溫度小的壓力和熱條件下時，所述組合物液化。
11.如權利要求1所述的組合物，其中所述組合物的形式為適合於傳遞模塑的顆粒。
12.一種發光器件，包括其上具有發光器件的半導體管芯，所述發光器件以第一波長發光；均勻分布在透明介質中的螢光體粒子的懸浮物，所述透明介質包括環氧樹脂；使所述環氧樹脂增稠的觸變劑；包括透明材料的分散粒子的分散劑，所述分散劑具有按照重量小於或等於5％的濃度；改善所述透明介質對所述半導體管芯的粘接的粘接促進劑，所述粘接促進劑具有按照重量小於或等於3％的濃度；和濃度按照重量為小於或等於3％的UV抑制劑，其中所述螢光體粒子塗有保護所述螢光體粒子不受溼度影響的疏水劑，所述疏水劑具有按照重量小於或等於3％的濃度。
13.如權利要求12所述的發光器件，其中所述分散粒子具有在1μm-5μm之間的中值粒子大小。
14.如權利要求12所述的發光器件，其中所述分散劑包括無機化合物。
15.如權利要求14所述的發光器件，其中所述無機化合物包括鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化矽樹脂或碳酸鈣。
16.如權利要求12所述的發光器件，其中所述分散劑包括有機化合物。
17.如權利要求16所述的發光器件，其中所述有機化合物包括黑素樹脂、CTU三聚氰二胺樹脂或苯並胍胺樹脂。
18.如權利要求12所述的發光器件，還包括改善所述透明介質對所述半導體管芯的粘接的粘接促進劑。
19.如權利要求18所述的發光器件，其中所述粘接促進劑具有按照重量小於或等於3％的濃度。
20.如權利要求18所述的發光器件，其中所述粘接促進劑包括功能性烷氧基矽氧烷。
21.如權利要求12所述的發光器件，其中所述疏水劑包括矽蠟。
22.如權利要求12所述的發光器件，其中所述UV抑制劑包括間苯二酚單苯甲酸酯。
23.如權利要求12所述的發光器件，其中當將所述懸浮物置於比將損壞半導體管芯的壓力和溫度小的壓力和熱條件下時，所述懸浮物液化。
24.如權利要求12所述的發光器件，其中所述懸浮物的形式為適合於傳遞模塑的顆粒。
全文摘要
本發明公開了一種螢光體組合物以及利用該組合物的發光器件。所述組合物包括均勻分布在透明介質中的螢光體粒子的懸浮物，所述透明介質包括環氧樹脂以及包含透明材料的分散粒子的分散劑。在一個實施例中，分散粒子具有在1μm－5μm之間的中值粒子大小。分散劑可以由無機和有機材料兩者製成，例如鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化矽樹脂、碳酸鈣、黑素樹脂、CTU三聚氰二胺樹脂或苯並胍胺樹脂。也公開了還包括粘接促進劑、疏水劑、觸變劑和UV抑制劑的實施例。在一個實施例中，所述組合物的形式為適合於傳遞模塑的顆粒。
文檔編號C09K11/02GK1702141SQ20051007206
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月25日 優先權日2004年5月25日
發明者伍啟元, 蔡美鶯 申請人:安捷倫科技有限公司