发光装置制造方法
【专利摘要】本发明抑制量子点荧光体的光氧化，发光装置具备：半导体发光元件(101)；以及荧光部件(130)，接受半导体发光元件(101)的光来发出荧光，荧光部件(130)包括包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的树脂(111)以及不使氧透过的树脂(110)，树脂(111)的外周面均由树脂(110)覆盖。
【专利说明】发光装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及对荧光体层利用了量子点荧光体的发光装置。
【背景技术】
[0002]作为照明用、液晶显示器背光用等的光源(发光装置)，利用高亮度白色LED (LED:Light Emitting Diode),进行光源的高效率化以及高显色性化的研究。白色LED是组合放射蓝光的半导体发光元件和绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体等来实现的。荧光体的种类有:无机荧光体、有机荧光体、由半导体构成的量子点荧光体。作为利用了无机荧光体的白色LED的例子有专利文献I。
[0003]图9是示出专利文献I所公开的以往的发光装置的剖视图。
[0004]如图9示出，对于以往的发光装置，放出紫外线、蓝光或者绿光的半导体发光元件1，被配置在嵌入了电端子2、3的容器8内，进一步，以填埋半导体发光元件I的方式，含有发光物质粒子6 (无机的发光物质颜料)的材料5覆盖容器8内。
[0005](现有技术文献)
[0006](专利文献)
[0007]专利文献1:日本特表平11-500584号公报
[0008]LED光源为小型且省电力，因此，用于显示器件以及照明装置的关键器件，进行高亮度白色LED的高效率化以及高显色性化的研究。对于白色LED，一般组合蓝色LED光源和绿色荧光体以及黄色荧光体，为了实现高效率以及高显色性，需要发光特性以及能量转换效率良好的荧光体。用于白色LED的一般的荧光体为以稀土离子为活化剂的结晶微粒子，许多荧光体在化学上稳定。但是，这样的荧光体的光吸收效率与稀土族的浓度成比例，另一方面，若浓度太高，则因浓度猝灭而产生发光效率的降低，因此，难以实现80%以上的高量子效率。
[0009]于是，提出了直接利用带边光吸收以及带边光发光来实现高量子效率的许多半导体荧光微粒子，特别是称为量子点荧光体的直径为数nm至数十nm的微粒子，可以期待成为不包含稀土族的新的荧光体材料。对于量子点荧光体，根据量子尺寸效应，即使同一材料的微粒子，也可通过控制粒径而在可见光线区域中得到所希望的波长带的荧光谱。并且，由于是基于带边的光吸收以及荧光，因此，示出90%左右的高的外部量子效率，据此能够提供具有高效率且高显色性的白色LED。
[0010]但是，对于量子点荧光体，粒径小，占有微粒子的表面的原子的比例多，因此，许多量子点荧光体的化学稳定性低，特别是在高温环境下的激励荧光中存在的大问题是，量子点荧光体表面的光氧化反应进展，导致急剧的发光效率的降低。
【发明内容】
[0011]于是，本发明的目的在于提供，能够抑制量子点荧光体的光氧化、能够抑制发光效率的降低的发光装置。[0012]为了解决以往的问题，本发明的实施方案之一涉及的发光装置，其中，具备:半导体发光元件；以及荧光部件，接受所述半导体发光元件的光来发出荧光，所述荧光部件包括第一区域以及不使氧透过的第二区域，所述第一区域包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子，所述第一区域的外周面均由所述第二区域覆盖。根据该结构，氧不会到达第一区域内的量子点荧光体，能够抑制量子点荧光体的光氧化反应，抑制发光装置的发光效率的降低。
[0013]本发明的实施方案之一涉及的发光装置也可以是，第一区域的热膨胀系数与第二区域的热膨胀系数的差为10%以下。根据该结构，能够抑制起因于第一区域和第二区域的热膨胀系数差的、温度变化时的变形、应力等所引起的裂缝的发生。
[0014]本发明的实施方案之一涉及的发光装置也可以是，所述第二区域，被分割为不使氧透过的多个第三区域。根据该结构，例如，在能够将第二区域分割为第二A区域和第二B区域的情况下，首先，在半导体发光元件上形成第二 A区域，在其中央部形成第一区域，进一步，在其第一区域上以及其周边形成第二 B区域，据此，在第一区域的整个周边，第二 A区域与第二 B区域直接接触。其结果为，能够容易形成第一区域的外周面由第二区域覆盖的构造。
[0015]本发明的实施方案之一涉及的发光装置也可以是，所述第一区域仅由所述半导体微粒子构成。根据该结构，不需要用于第一区域的树脂，能够实现成本降低。
[0016]本发明的实施方案之一涉及的发光装置也可以是，所述发光装置还具备安装有所述半导体发光元件的容器，所述第二区域以所述多个第三区域夹着所述第一区域的状态位于所述半导体发光元件的表面。根据该结构，能够阻挡通过容器的氧，提高容器的选择自由度。
[0017]本发明的实施方案之一涉及的发光装置也可以是，所述多个第三区域与所述第一区域接触，所述第一区域的外周面均由所述多个第三区域覆盖。根据该结构，制造工时减少，能够实现成本降低。
[0018]本发明的实施方案之一涉及的发光装置，其中，具备:半导体发光元件；荧光部件，接受所述半导体发光元件的光来发出荧光；以及与所述荧光部件接触的金属层，所述荧光部件包括第一区域以及不使氧透过的第二区域，所述第一区域包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子，所述第一区域的外周面均由所述第二区域以及所述金属层覆盖。根据该结构，金属的氧透过性低，因此，能够由金属阻挡氧，能够提高耐氧性。
[0019]本发明的实施方案之一涉及的发光装置也可以是，其中，包括:在已形成有半导体发光元件的容器上形成了第二荧光部件之后，向所述第二荧光部件插入注入管，通过所述注入管的孔将第一荧光部件塞入到所述第二荧光部件中的工序；以及塞入了所述第一荧光部件后拔出注入管，因所述注入管的注入而形成的所述第二荧光部件的孔由所述第二荧光部件封闭，从而所述第一荧光部件的外周面均由所述第二荧光部件覆盖的工序，所述第一荧光部件，接受所述半导体发光元件的光来发出荧光，并包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子，所述第二荧光部件，不使氧透过。根据该结构，能够容易形成第一荧光部件的外周面由第二荧光部件覆盖的构造。
[0020]根据本发明的发光装置，包含量子点荧光体的区域，由不使氧透过的耐氧性材料所构成的区域完全覆盖，因此，能够抑制量子点荧光体表面的光氧化反应，抑制急剧的发光效率的降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是示出本发明的实施例1的发光装置的结构的剖视图。
[0022]图2A是示出本发明的实施例1的发光装置的制造工序的剖视图。
[0023]图2B是示出本发明的实施例1的发光装置的制造工序的剖视图。
[0024]图2C是示出本发明的实施例1的发光装置的制造工序的剖视图。
[0025]图2D是示出本发明的实施例1的发光装置的制造工序的剖视图。
[0026]图2E是示出本发明的实施例1的发光装置的制造工序的剖视图。
[0027]图3是示出本发明的实施例2的发光装置的结构的剖视图。
[0028]图4A是示出本发明的实施例2的发光装置的制造工序的剖视图。
[0029]图4B是示出本发明的实施例2的发光装置的制造工序的剖视图。
[0030]图4C是示出本发明的实施例2的发光装置的制造工序的剖视图。
[0031]图5是示出本发明的实施例3的发光装置的结构的剖视图。
[0032]图6是示出本发明的实施例4的发光装置的结构的剖视图。
[0033]图7是示出本发明的实施例5的发光装置的结构的剖视图。
[0034]图8是示出本发明的实施例6的发光装置的结构的剖视图。
[0035]图9是示出以往的发光装置的结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0036]以下，利用附图详细说明本发明的实施例。而且，以下说明的实施例，都示出本发明的优选的一个具体例。以下的实施例所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态、步骤、以及步骤的顺序等，是一个例子，而不是限定本发明的宗旨。本发明，仅由权利要求书限定。因此，对于以下的实施例的构成要素中的、示出本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素而言，为了实现本发明的问题而并不一定需要，但是，被说明为构成更优选的形态的要素。并且，在附图中，对于实际上表示同一结构、动作、以及效果的要素，附上同一符号。
[0037](实施例1)
[0038]图1是示出本发明的实施例1的发光装置的结构的剖视图。
[0039]该发光装置具备半导体发光元件101、以及接受半导体发光元件101的光来发出荧光的荧光部件130，荧光部件130包括:作为包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子(具有与粒径相应的激励荧光谱的半导体微粒子)的第一区域的树脂111、以及作为不使氧透过的第二区域的树脂110，树脂111的外周面均由树脂110覆盖。树脂111的热膨胀系数与树脂110的热膨胀系数的差为，例如10%以下。例如，发光装置还具备安装有半导体发光元件101的容器(封装体)105。
[0040]在发光装置中，在由树脂形成的容器105中，嵌入有金属的电端子102、103，在电端子102上形成有在活性层具有InGaN量子阱的半导体发光元件101。半导体发光元件101的上表面通过金导线106而与电端子103连接。在电端子102与电端子103之间施加电压来使电流流动，据此，半导体发光元件101发出波长460nm的蓝光。[0041]在形成有半导体发光元件101的容器105的凹部，以覆盖半导体发光元件101的方式，形成无氧透过性的耐氧性的树脂Iio (荧光部件130)。这次，对于无氧透过性的耐氧性的树脂110，利用聚氟乙烯。在该聚氟乙烯中，形成有作为树脂111的包含量子点荧光体的例如硅酸盐树脂。量子点荧光体，具有以InP为核心的核壳结构，其直径有二种(约4.3nm和约5.5nm)。该量子点荧光体，因光激励而发出中心波长530nm的绿光和中心波长630nm的红光。
[0042]在半导体发光元件101发出的蓝光121通过树脂111时，激励量子点荧光体来发出绿色和红色的混合光(混合色光)122。其结果为，以发光装置整体，发出红、绿、蓝的3原色，得到白色。
[0043]在此，包含量子点荧光体的树脂111的特征为，其外周面的全部，由无氧透过性的耐氧性的树脂110围住。据此，包含量子点荧光体的树脂111与氧隔断。其结果为，量子点荧光体不会因光氧化而引起经时变化，得到可靠性高的发光装置。
[0044]接着，说明本实施例的发光装置制造方法(制造方法)。图2A至图2E是示出本实施例的发光装置的制造工序的剖视图。而且，虽没有描述，但是，对于图2A至图2E的各工序，为了隔断氧，而在氮气氛中或在真空中进行。
[0045]该制造方法，包括:在已形成半导体发光元件101的容器105上形成作为第二荧光部件的树脂110之后，向树脂110插入注入管202，将作为第一荧光部件的树脂111通过注入管202的孔塞入到树脂110中的工序(图2B，图2C);以及塞入树脂111后拔出注入管202，因注入管(注入器)202的注入而形成的树脂110的孔由树脂110封闭，从而树脂111的外周面均由树脂110覆盖的工序(图2D)，树脂111，接受半导体发光元件101的光来发出荧光，并包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子(具有与粒径相应的激励荧光谱的半导体微粒子)，树脂110不使氧透过。
[0046]也就是说，首先，利用注入管201，向安装有半导体发光元件101的容器105的凹部，灌入没有氧透过性的耐氧性的树脂110(图2A)。然后，在树脂110的灌入结束后，挪开注入管201。在该阶段，不进行树脂110的硬化。
[0047]接着，将在内部具有树脂111的注入管202的前端插入树脂110中(图2B)，将树脂111慢慢地注入到树脂110的内部(图2C)。此时，根据树脂110的表面张力，树脂111的外周面由树脂110覆盖。
[0048]接着，在注入必要量的树脂111后，从树脂110慢慢地拔出注入管202。在拔出时，根据树脂110的流动，注入管202在树脂110中造成的孔被自动堵住(图2D)。
[0049]最后，进行树脂110、111的热硬化，图1的发光装置完成(图2E)。
[0050]如上所述，根据本实施例的发光装置，包含量子点荧光体的树脂111的外周面均由没有氧透过性的耐氧性的树脂110完全覆盖，因此，能够实现可靠性高的发光装置。
[0051]而且，优选的是，将适当的添加剂添加给荧光部件130，从而使树脂111和树脂110的热膨胀系数的差成为10%以下。本申请的发明人们发现了，通过使热膨胀系数的差成为10%以下，即使荧光部件130受到热冲击等，也不会因伸缩而在树脂110与树脂111之间或树脂110、111本身出现龟裂，氧不会从外部进入，因此能够提高可靠性。实现它的最简单的方法是，对树脂111和树脂110利用相同的聚氟乙烯(PVF)的方法。聚氟乙烯的热膨胀系数(线膨胀)为7.1至7.8Χ10_5/Κ。例如，对于ECTFE (乙烯三氟氯乙烯共聚物)，氧透过性比较低，并且，线膨胀系数为与PVF接近的8 X 10_5/K，能够将PVF和ECTFE等不同的树脂，分别利用于树脂111和树脂110。ECTFE的熔点比PVF高(相对于203°C而245°C )，能够进一步提闻耐热性。
[0052](实施例2)
[0053]图3是示出本发明的实施例2的发光装置的结构的剖视图。以下，仅说明与实施例I不同的部分。
[0054]该发光装置的基本结构与图1的发光装置相同，但是，不同之处是，包含量子点荧光体的树脂111的外周面，由没有氧透过性的两个树脂301、302覆盖。也就是说，不同之处是，树脂110被分割为作为不使氧透过的多个第三区域的多个树脂301、302，作为第二区域的树脂110以树脂301、302夹着作为第一区域的树脂111的状态，而位于半导体发光元件101的表面，树脂301,302与树脂111接触，树脂111的外周面均由树脂301,302覆盖。对树脂301、302能够利用聚氟乙烯。根据该结构，树脂111不会与氧接触，能够得到高可靠性的发光装置。
[0055]本实施例的发光装置的工作原理与图1的发光装置相同，从半导体发光元件101放射的蓝光121，放射到外部，并且，一部分由树脂111内的量子点荧光体进行颜色转换，成为绿色和红色的混合光122被提取到外部。其结果为，成为蓝、绿、红的3原色的发光，并成为白色。
[0056]接着，说明本实施例的发光装置制造方法。图4A至图4C是示出本实施例的发光装置的制造工序的剖视图。而且，虽没有描述，但是，对于图4A至图4C的各工序，为了隔断氧，而在氮气氛中或在真空中进行。
[0057]首先，利用包含树脂301的注入管401，向安装有半导体发光元件101的容器105的凹部，灌入耐氧性的树脂301 (图4A)。
[0058]接着，利用包含树脂111的注入管202，向树脂301上灌入树脂111 (图4B)。此时，在树脂111的外周面露出树脂301的表面的一部分。
[0059]接着，利用包含树脂302的注入管402，将耐氧性的树脂302灌入到树脂111的露出的表面上和树脂111的表面上(图4C)。此时，使树脂111的周围的树脂301露出部，与树脂302接触。
[0060]最后，进行树脂111、301、302的热硬化，图3的发光装置完成。
[0061]如上所述，根据本实施例的发光装置，包含量子点荧光体的树脂111的外周面均由没有氧透过性的耐氧性的树脂301、302完全覆盖，因此，能够抑制量子点荧光体的光氧化。
[0062]而且，也可以是，将适当的添加剂添加给荧光部件130，从而使树脂111和树脂301,302的热膨胀系数接近，例如，使热膨胀系数的差成为10%以下。据此，即使荧光部件130受到热冲击等，也不会有因伸缩而在树脂301、302与树脂111之间以及树脂111、301、302本身产生裂缝，氧从外部进入的情况，能够提高可靠性。
[0063](实施例3)
[0064]图5是示出本发明的实施例3的发光装置的结构的剖视图。以下，仅说明与实施例2不同的部分。
[0065]该发光装置与实施例2的发光装置不同之处是，在容器105和荧光部件130的界面插入金属层501。
[0066]该发光装置，具备:半导体发光元件101 ;荧光部件130，接受半导体发光元件101的光来发出荧光；以及与荧光部件130接触的金属层501，荧光部件130包括:包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子(具有与粒径相应的激励荧光谱的半导体微粒子)且作为第一区域的树脂111以及作为不使氧透过的第二区域的树脂301、302，树脂111的外周面均由树脂301、302以及金属层501覆盖。
[0067]在本实施例中，将铝蒸镀80nm，以作为金属层501。
[0068]如上所述，根据本实施例的发光装置，能够由金属层501以及树脂301、302阻止氧从容器105的表面进入，能够实现更高的阻气性。
[0069](实施例4)
[0070]图6是示出本发明的实施例4的发光装置的结构的剖视图。以下，仅说明与实施例I不同的部分。
[0071]该发光装置与实施例1的发光装置不同之处是，代替图1中所利用的包含量子点荧光体的树脂111，而直接利用树脂111包含的量子点荧光体601。也就是说，不同之处是，第一区域仅由作为多个半导体微粒子的量子点荧光体601构成。
[0072]在作为量子点荧光体601的InP量子点荧光体的周围形成有TOPO(三辛基氧化膦)的状态下，被融入不使氧透过的树脂110内。对于Τ0Ρ0，在InP量子点荧光体制作时被利用，并且具有作为配体不使量子点荧光体凝集的作用。
[0073]如上所述，根据本实施例的发光装置，能够不需要含有量子点荧光体的树脂，对成本降低有贡献。
[0074](实施例5)
[0075]图7是示出本发明的实施例5的发光装置的结构的剖视图。以下，仅说明与实施例2不同的部分。
[0076]该发光装置与实施例2的发光装置不同之处是，在已形成半导体发光元件101以及金导线106的容器105的凹部，蒸镀形成膜厚50nm的SiN膜701。也就是说，不同之处是，树脂111的外周面均由树脂301,302以及SiN膜701覆盖。
[0077]SiN膜701的氧透过性非常低。SiN膜701，覆盖半导体发光元件101。在SiN膜701上，形成有作为树脂301、302、以及包含量子点荧光体的树脂111的硅酸盐树脂。对树脂301能够利用硅酸盐，对树脂302能够利用聚氟乙烯。
[0078]如上所述，根据本实施例的发光装置，能够由SiN膜701阻止来自容器105的氧透过。进而，由相同的硅酸盐能够构成树脂301和(包含荧光体的)树脂111，因此，能够抑制因来自半导体发光元件101的热而在树脂301和树脂111的界面产生裂缝。其结果为，能够实现可靠性非常高的发光装置。
[0079]而且，对于量子点突光体，与实施例1同样，利用发出中心波长530nm的绿光和中心波长630nm的红光的量子点荧光体。
[0080](实施例6)
[0081]图8是示出本发明的实施例6的发光装置的结构的剖视图。以下，仅说明与实施例5不同的部分。
[0082]该发光装置与实施例5的发光装置不同之处是，在SiN膜701与树脂111之间没有形成树脂301。
[0083]在该发光装置中，在已形成半导体发光元件101以及金导线106的容器105的凹部，蒸镀形成膜厚50nm的SiN膜701。SiN膜701的氧透过性非常低。在SiN膜701上，形成有作为包含量子点荧光体的树脂111的硅酸盐和树脂801。树脂801由聚氟乙烯构成。
[0084]如上所述，根据本实施例的发光装置，能够由SiN膜701阻止来自容器105的氧透过。进而，在SiN膜701与树脂111之间未介入任何部件，而在SiN膜701上直接形成树脂111，因此，能够将包含量子点荧光体的树脂111所发生的热(因荧光体中进行颜色转换时的斯托克斯损耗而发生的热)直接放出到容器105。据此，能够抑制荧光体的温度上升。其结果为，能够抑制因温度上升而引起的特性劣化(量子效率的降低，以及发光波长的长波长化(色差))。并且，包含量子点荧光体的树脂由不使氧透过的材料覆盖，因此，当然可靠性闻。因此，能够实现可罪性非常闻的白色LED。
[0085]而且，对于 量子点突光体，与实施例1同样利用发出中心波长530nm的绿光和中心波长630nm的红光的量子点荧光体。
[0086]以上，对于本发明的发光装置，根据实施例进行了说明，但是，本发明，不仅限于这样的实施例。在不脱离本发明的宗旨的范围内进行了本领域的技术人员想到的各种变形的形态也包含在本发明的范围内。并且，在不脱离发明的宗旨的范围内，能够任意组合多个实施例中的各个构成要素。
[0087]例如，在实施例1至6中，对于耐氧性树脂利用了聚氟乙烯，但是，也可以利用聚苯乙烯-聚异丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SIBS)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚乙烯醇树月旨、聚偏二氯乙烯树脂(PVDC)Jhi^ (非晶)尼龙树脂、或氟树脂。
[0088]本发明涉及的发光装置，能够实现高可靠性、高效率以及高显色性，因此，广泛地有用于显示器件以及照明装置等的白色LED光源等。
[0089]符号说明
[0090]1、101半导体发光元件
[0091]2、3、102、103 电端子
[0092]5 材料
[0093]6发光物质粒子
[0094]8、105 容器
[0095]106金导线
[0096]110、111、301、302、801 树脂
[0097]121 蓝光
[0098]122混合光
[0099]130荧光部件
[0100]201、202、401、402 注入管
[0101]501金属层
[0102]601量子点荧光体
[0103]701 SiN 膜
【权利要求】
1.一种发光装置，具备: 半导体发光元件；以及 荧光部件，接受所述半导体发光元件的光来发出荧光， 所述荧光部件包括第一区域以及不使氧透过的第二区域，所述第一区域包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子， 所述第一区域的外周面均由所述第二区域覆盖。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中， 所述第一区域的热膨胀系数与所述第二区域的热膨胀系数的差为10%以下。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中， 所述第二区域被分割为不使氧透过的多个第三区域。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中， 所述第一区域仅由所述多个半导体微粒子构成。
5.如权利要求3所述的发光装置，其中， 所述发光装置还具备安装有所述半导体发光元件的容器， 所述第二区域以所述多个第三区域夹着所述第一区域的状态位于所述半导体发光元件的表面。
6.如权利要求5所述的发光装置，其中， 所述多个第三区域与所述第一区域接触，所述第一区域的外周面均由所述多个第三区域覆盖。
7.一种发光装置，具备: 半导体发光元件； 荧光部件，接受所述半导体发光元件的光来发出荧光；以及 与所述荧光部件接触的金属层， 所述荧光部件包括第一区域以及不使氧透过的第二区域，所述第一区域包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子， 所述第一区域的外周面均由所述第二区域以及所述金属层覆盖。
8.一种发光装置的制造方法，包括:在形成有半导体发光元件的容器上形成了第二荧光部件之后，向所述第二荧光部件插入注入管，通过所述注入管的孔将第一荧光部件塞入到所述第二荧光部件中的工序；以及塞入了所述第一荧光部件后拔出注入管，因所述注入管的注入而形成的所述第二荧光部件的孔由所述第二荧光部件封闭，从而所述第一荧光部件的外周面均由所述第二荧光部件覆盖的工序， 所述第一荧光部件，接受所述半导体发光元件的光来发出荧光，并包含因粒径而具有不同的激励荧光谱的多个半导体微粒子， 所述第二荧光部件不使氧透过。
【文档编号】H01L33/50GK103650181SQ201280031639
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年3月12日 优先权日:2011年6月29日
【发明者】泷川信一, 田中毅, 片山琢磨, 中西秀行, 吉田真治, 山中一彦 申请人:松下电器产业株式会社