发光装置及其制备方法与流程

本发明为关于一种发光装置，其由新颖的荧光材料涂布方法制备而成，尤指一种具有优异耐久性、耐候性、抗刮性及稳固荧光性质的发光装置。

背景技术：

近年来，因发光二极管(LED)具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、及元件体积小等优点，已广泛应用于各种发光装置中。然而，发光二极管具有散热、亮度不足和亮度递减等问题，且无法直接激发出白光，因此，已有许多研究企图发展出高效率的白光LED，以取代现有的照明设备。

目前主流的白光LED，利用蓝光发光二极管芯片配合黄光的YAG荧光粉体，以做为白光光源。虽然以此互补色原理所产生白光，其光谱波长分布的连续性不如太阳光，而有色彩不均的情形，故色彩饱和度较低。据此，以此方式产生的白光光源仅可用于简单的照明，并无法广泛应用于民生照明市场。此外，亦可利用紫外光发光二极管芯片配合红光、绿光、以及蓝光三色荧光粉，通过红蓝绿三原色的混光机制，可混合成白光。

目前，形成可发出白光的发光二极管采用下述方法进行封装。首先，依预定色温秤取一适当比例的一种以上的荧光粉。接着，将荧光粉加入至树脂(如：硅氧树脂或环氧树脂)并搅拌，使荧光粉可均匀分散于树脂中。而后，将分散有荧光粉的树脂与固化剂混合，以点胶机将分散有荧光粉的高黏性胶体102覆盖于LED芯片101上，经烘干及封装制程，可制得一盖有固态荧光胶体的白光LED元件10，如图1所示。然而，所制得的白光LED元件，由于荧光粉的外型比重及尺寸不规则，故固态荧光胶体容易因荧光粉材质性质不统一，而导致色温不准与混光不均等问题。

为了加强固定荧光胶块、并防止因水气渗入而造成LED元件受损，一般将再度覆盖透明有机硅胶或环氧树脂胶喷涂于固态荧光胶体上。然而，在长时间操作下，有机硅胶或环氧树脂胶常会有黄化或碎裂等现象发生， 仍无法阻止水气或杂质渗入LED元件，致使发光效率降低甚至整体元件失效。并且，有机硅胶层或环氧树脂胶层对温度的耐受性不高(仅能适用于约150℃以下)，故使用LED元件时必须考虑环境温度，大为降低LED的应用价值。因此，目前亟需发展出一种具有优异耐久性、耐候性、抗刮性的发光装置，此发光装置并同时具有混光均匀、折射率佳等特性，以期能大幅增加白光发光装置的应用价值。

技术实现要素：

本发明的主要目的在提供一种具有优异耐久性、耐候性、抗刮性的的发光装置，其由第一发光单元及第二发光单元组合而成，其中荧光材料紧密贴覆第一发光单元，并且本发明的发光装置具有混光均匀、折射率佳、出光强度集中等特性。

为达成上述目的，本发明的发光装置经由一种新颖的荧光材料涂布方法所完成，包括下列步骤：(A)将一荧光材料分散于一第二溶剂中，以形成一荧光材料溶液；(B)将一第一发光单元置于一容器，并注入一第三溶剂，且该第三溶剂覆盖该第一发光单元的表面；(C)将一第四溶剂注入该第三溶剂，以形成一第五溶剂；(D)将该荧光材料溶液添加至该第五溶剂，以于该第五溶剂表面形成一荧光材料薄膜；(E)移除该容器中的该第五溶剂，使该荧光材料薄膜形成于该第一发光单元表面；(F)于该荧光材料薄膜上形成一保护层；以及(G)热处理形成有该保护层的该第一发光单元；其中，该保护层为一硅氮材料层，且制得的该发光装置的耐受温度在320℃以上。

于步骤(D)中，该第五溶剂为第三溶剂与第四溶剂的组合，于步骤(C)中形成第五溶剂的后静置0～30分钟、较佳为5～20分钟、更佳为5～10分钟，将步骤(A)中形成的荧光材料溶液置入第五溶剂中，进而可使荧光材料薄膜良好形成在第一发光单元表面。

于步骤(E)后、以及步骤(F)前，可更包括一步骤(E1)：干燥形成有该荧光材料薄膜的该基板，以去除残留在该第一发光单元上的第二溶剂。并且，于步骤(G)后，可更包括一步骤(G1)：重复该步骤(A)至步骤(G)，以形成多个荧光材料薄膜及多个保护层，据此，可形成交替设置的该荧光材料薄膜 与该保护层。本技术领域中具有通常知识者可依据实际所需的混光机制，而决定设置的荧光材料薄膜数量。

于本发明的荧光材料涂布方法中，第二溶剂、第三溶剂及第四溶剂并无特殊限制，只要符合下述条件：第三溶剂比重大于第二溶剂与第四溶剂。详述之，当第四溶剂加入第三溶剂形成第五溶剂时，第二与第四溶剂会形成暂时性的接口，而静置时间超过约30分钟以后，此接口会消失，即第四溶剂与第三溶剂完全混合。较佳地，该第二溶剂、该第三溶剂、及该第四溶剂可各自独立地选自由：水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、丙酮、丁酮、正丁烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醚、乙二醇二甲醚(DME)、二氯甲烷(DCM)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、3-甲氧基丙晴(MPN)及其混合物所组成的集合；然本发明不限于此。该第二溶剂较佳为正丁烷或异丙醇，该第三溶剂较佳为乙酸乙酯，及该第四溶剂较佳为乙醚或3-甲氧基丙晴(MPN)。

本发明另提供一种发光装置，由上述方法制成，该发光装置包括：一第一发光单元；以及一第二发光单元，覆盖于该第一发光单元上，且该第二发光单元包括一荧光材料薄膜及一保护层，其中，该保护层位于该荧光材料薄膜上，该保护层为一硅氮材料层，且该发光装置的耐受温度超过320℃。

于本发明的发光装置中，该第一发光单元及该第二发光单元的厚度并无特别限制，而该第一发光单元及该第二发光单元的总厚度介于105μm至225μm之间，较佳于120μm至210μm之间。此外，本发明的发光装置具有一不均匀的表面，故发光装置的外观为不平整的板状结构。

于本发明的发光装置及其制备方法中，该硅氮材料层可包含：至少一种式I所示的硅氮化合物、一第一溶剂及一触媒，

其中n是正整数，较佳为介于4至3000之间，更佳为介于4至300之间；且该硅氮化合物的数均分子量为150至150,000克/莫耳，较佳为10,000至15,000克/莫耳之间。

其中，该硅氮化合物热处理后具有高硬度、对基板具有高黏附性、且耐高温，即使在约300℃以上温度的条件下，由硅氮化合物、第一溶剂及触媒形成的硅氮材料层依然稳固而未有黄化、裂化等现象发生，保护荧光材料薄膜而避免荧光粉剥离的情形。此外，该硅氮化合物可参杂一纳米级材料，其为至少一选自由TiO₂、SiO₂、ZnO、ZrO、Y₂O₃、Al₂O₃、CoO、MnO₂、PbO、NiO、CuO、及其复合物所组成的集合，该纳米级材料的粒径可介于5nm至500nm之间，可调变材料折射率与光穿透率，促进混光效果与出光效率。

其中，该第一溶剂为无水状态的溶剂，其为至少一选自由二甲苯、甲苯、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二元酯(Dibasic ester)、以及石油醚所组成的集合；较佳为二元酯与甲醇混和物。另外，该触媒为N-杂环状化合物、一-烷基胺、二-烷基胺、三烷基胺、有机酸、无机酸、过氧化物、金属羧酸盐、乙烯基丙酮酸错合物、金属或有机金属化合物；较佳为N-杂环状化合物或金属羧酸盐。本技术领域中具有通常知识者可依据选用的硅氮化合物，考虑保护层所需的硬度、流动性等性质而选择适当溶剂及触媒。由硅氮化合物、第一溶剂及触媒形成的硅氮材料层较佳能渗入荧光材料薄膜与基板间的孔隙，稳固荧光材料的发光性能。

于本发明的发光装置及其制备方法中，该荧光材料可包括一荧光粉体，较佳可更包括一球型载体；在该荧光材料包括该荧光粉体及该球型载体的情况下，荧光粉体可覆盖球型载体表面；荧光粉体可包含于球型载体内部；或部分荧光粉体覆盖球型载体表面，而部分荧光粉体包含于球型载体内部。同时，球型载体的材料可为SiOx、TiOx、PS、PMMA、或三聚氰胺树脂。荧光粉体的材料可为一般习知的荧光粉，如：选自由ZnO、ZrO₂、PbO、Y₂O₃、Y₂O₂、Zn₂SiO₄、Y₃Al₅O₁₂、Y₃(AlGa)₅O₁₂Y₂SiO₅、LaOCl、InBO₃、ZnGa₂O₄、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、ZnxCd1-xS、Y₂O₂S、AlN、及Gd₂O₂S所组成的集合的化合物，且做为荧光粉体的化合物可更掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、及其他镧系元 素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的集合元素。再者，球型载体的粒径较佳介于10μm至100μm之间，更佳介于25μm至50μm之间；而荧光粉体的粒径较佳介于5μm至50μm之间，更佳介于10μm至25μm之间。因此，由于荧光材料粒径及性质均一，而可于基板表面形成均匀的荧光材料薄膜。

于本发明的发光装置及其制备方法中，第一发光单元可为任何LED芯片或LED元件半成品，较佳为一形成有磊晶层的蓝光磊芯片、一正装LED芯片(face-up chip)、一垂直LED芯片(vertical chip)、或一覆晶LED芯片。

于本发明的发光装置及其制备方法中，该保护层可利用本技术领域中常见的涂布方法形成于该荧光材料薄膜上，例如旋涂法、棒涂法、刮刀涂法、辊涂法、喷雾涂法、刷毛涂法、浸渍涂法等。因此，荧光材料薄膜可被稳固于基板上而不易被剥离，同时调整涂布有荧光材料的基板的折射率。

据此，透过本发明的荧光材料涂布方法，能够以简便的制程将性质均一的荧光材料薄膜形成于基板上，以及将硅氮保护层形成于荧光材料薄膜上，进而制作出混光均匀、折射率佳、同时具有优异耐久性的发光装置，即使经过长时间操作也不会有黄化或劣化等现象发生，有效防止水气或杂质渗入发光装置，稳定维持装置的发光效率。

附图说明

图1为现有发光二极管的示意图。

图2A至2H为本发明实施例1的荧光材料涂布于基板表面的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟习此技艺的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可针对不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

本发明提供了一种具有优异耐久性、耐候性、抗刮性的的发光装置，其由第一发光单元及第二发光单元组合而成，其中荧光材料紧密贴覆第一发光单元，并且本发明的发光装置具有混光均匀、折射率佳、出光强度集中等特性。

本发明的发光装置经由一种新颖的荧光材料涂布方法所完成，包括下列步骤：(A)将一荧光材料分散于一第二溶剂中，以形成一荧光材料溶液；(B)将一第一发光单元置于一容器，并注入一第三溶剂，且该第三溶剂覆盖该第一发光单元的表面；(C)将一第四溶剂注入该第三溶剂，以形成一第五溶剂；(D)将该荧光材料溶液添加至该第五溶剂，以于该第五溶剂表面形成一荧光材料薄膜；(E)移除该容器中的该第五溶剂，使该荧光材料薄膜形成于该第一发光单元表面；(F)于该荧光材料薄膜上形成一保护层；以及(G)热处理形成有该保护层的该第一发光单元；其中，该保护层为一硅氮材料层，且制得的该发光装置的耐受温度在320℃以上。

于步骤(D)中，该第五溶剂为第三溶剂与第四溶剂的组合，于步骤(C)中形成第五溶剂的后静置0～30分钟、较佳为5～20分钟、更佳为5～10分钟，将步骤(A)中形成的荧光材料溶液置入第五溶剂中，进而可使荧光材料薄膜良好形成在第一发光单元表面。

于步骤(E)后、以及步骤(F)前，可更包括一步骤(E1)：干燥形成有该荧光材料薄膜的该基板，以去除残留在该第一发光单元上的第二溶剂。并且，于步骤(G)后，可更包括一步骤(G1)：重复该步骤(A)至步骤(G)，以形成多个荧光材料薄膜及多个保护层，据此，可形成交替设置的该荧光材料薄膜与该保护层。本技术领域中具有通常知识者可依据实际所需的混光机制，而决定设置的荧光材料薄膜数量。

于本发明的荧光材料涂布方法中，第二溶剂、第三溶剂及第四溶剂并无特殊限制，只要符合下述条件：第三溶剂比重大于第二溶剂与第四溶剂。详述之，当第四溶剂加入第三溶剂形成第五溶剂时，第二与第四溶剂会形成暂时性的接口，而静置时间超过约30分钟以后，此接口会消失，即第四溶剂与第三溶剂完全混合。较佳地，该第二溶剂、该第三溶剂、及该第四溶剂可各自独立地选自由：水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丙醇、丙酮、丁酮、正丁烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙 醚、乙二醇二甲醚(DME)、二氯甲烷(DCM)、二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、3-甲氧基丙晴(MPN)及其混合物所组成的集合；然本发明不限于此。该第二溶剂较佳为正丁烷或异丙醇，该第三溶剂较佳为乙酸乙酯，及该第四溶剂较佳为乙醚或3-甲氧基丙晴(MPN)。

本发明另提供一种发光装置，由上述方法制成，该发光装置包括：一第一发光单元；以及一第二发光单元，覆盖于该第一发光单元上，且该第二发光单元包括一荧光材料薄膜及一保护层，其中，该保护层位于该荧光材料薄膜上，该保护层为一硅氮材料层，且该发光装置的耐受温度超过320℃。

于本发明的发光装置中，该第一发光单元及该第二发光单元的厚度并无特别限制，而该第一发光单元及该第二发光单元的总厚度介于105μm至225μm之间，较佳于120μm至210μm之间。此外，本发明的发光装置具有一不均匀的表面，故发光装置的外观为不平整的板状结构。

于本发明的发光装置及其制备方法中，该硅氮材料层可包含：至少一种式I所示的硅氮化合物、一第一溶剂及一触媒，

其中n是正整数，较佳为介于4至3000之间，更佳为介于4至300之间；且该硅氮化合物的数均分子量为150至150,000克/莫耳，较佳为10,000至15,000克/莫耳之间。

其中，该硅氮化合物热处理后具有高硬度、对基板具有高黏附性、且耐高温，即使在约300℃以上温度的条件下，由硅氮化合物、第一溶剂及触媒形成的硅氮材料层依然稳固而未有黄化、裂化等现象发生，保护荧光材料薄膜而避免荧光粉剥离的情形。此外，该硅氮化合物可参杂一纳米级材料，其为至少一选自由TiO₂、SiO₂、ZnO、ZrO、Y₂O₃、Al₂O₃、CoO、MnO₂、PbO、NiO、CuO、及其复合物所组成的集合，该纳米级材料的粒径可介于5nm至500nm之间，可调变材料折射率与光穿透率，促进混光效果与出光效率。

其中，该第一溶剂为无水状态的溶剂，其为至少一选自由二甲苯、甲苯、乙醇、甲醇、异丙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二元酯(Dibasic ester)、以及石油醚所组成的集合；较佳为二元酯与甲醇混和物。另外，该触媒为N-杂环状化合物、一-烷基胺、二-烷基胺、三烷基胺、有机酸、无机酸、过氧化物、金属羧酸盐、乙烯基丙酮酸错合物、金属或有机金属化合物；较佳为N-杂环状化合物或金属羧酸盐。本技术领域中具有通常知识者可依据选用的硅氮化合物，考虑保护层所需的硬度、流动性等性质而选择适当溶剂及触媒。由硅氮化合物、第一溶剂及触媒形成的硅氮材料层较佳能渗入荧光材料薄膜与基板间的孔隙，稳固荧光材料的发光性能。

于本发明的发光装置及其制备方法中，该荧光材料可包括一荧光粉体，较佳可更包括一球型载体；在该荧光材料包括该荧光粉体及该球型载体的情况下，荧光粉体可覆盖球型载体表面；荧光粉体可包含于球型载体内部；或部分荧光粉体覆盖球型载体表面，而部分荧光粉体包含于球型载体内部。同时，球型载体的材料可为SiOx、TiOx、PS、PMMA、或三聚氰胺树脂。荧光粉体的材料可为一般习知的荧光粉，如：选自由ZnO、ZrO₂、PbO、Y₂O₃、Y₂O₂、Zn₂SiO₄、Y₃Al₅O₁₂、Y₃(AlGa)₅O₁₂Y₂SiO₅、LaOCl、InBO₃、ZnGa₂O₄、ZnS、PbS、CdS、CaS、SrS、ZnxCd1-xS、Y₂O₂S、AlN、及Gd₂O₂S所组成的集合的化合物，且做为荧光粉体的化合物可更掺杂至少一选自由Cu、Ag、Eu、Yb、La、Cl、Tb、Al、Ce、Er、Zn、Mn、及其他镧系元素(Pr、Pm、Sm、Ho、Er)所组成的集合元素。再者，球型载体的粒径较佳介于10μm至100μm之间，更佳介于25μm至50μm之间；而荧光粉体的粒径较佳介于5μm至50μm之间，更佳介于10μm至25μm之间。因此，由于荧光材料粒径及性质均一，而可于基板表面形成均匀的荧光材料薄膜。

于本发明的发光装置及其制备方法中，第一发光单元可为任何LED芯片或LED元件半成品，较佳为一形成有磊晶层的蓝光磊芯片、一正装LED芯片(face-up chip)、一垂直LED芯片(vertical chip)、或一覆晶LED芯片。

于本发明的发光装置及其制备方法中，该保护层可利用本技术领域中常见的涂布方法形成于该荧光材料薄膜上，例如旋涂法、棒涂法、刮刀涂 法、辊涂法、喷雾涂法、刷毛涂法、浸渍涂法等。因此，荧光材料薄膜可被稳固于基板上而不易被剥离，同时调整涂布有荧光材料的基板的折射率。

实施例1

图2A至图2H为本发明实施例1的荧光材料涂布于基板表面的步骤示意图。

[配制荧光粉溶液]

首先，取荧光粉做为一荧光材料，采用粒径约15μm的Y₂O₃:La³⁺、YAG:La³⁺、以及CdSe:ZnS的混合物。通过调整各种荧光粉体的比例，经蓝光发光二极管激发后，此荧光粉可于其表面进行混光而发出白光。

而后，将荧光粉210混合于具有高分散性的第二溶剂211中，得到一荧光粉混合溶液，其中荧光粉于第二溶剂中重量百分比为20wt％，如图2A所示。在此，采用正丁烷做为第二溶剂。

[形成荧光粉薄膜]

如图2B所示，取一第一发光单元20，并将其置于一容器24底部，其中，此第一发光单元为一覆晶LED芯片，而后，于容器24中注入第三溶剂23，在此，采用纯水做为第三溶剂。接着，如图2C所示，于容器24中再注入第四溶剂25，而第四溶剂加入量为第三溶剂的1wt％。当第四溶剂25加入第三溶剂23时，第三溶剂23与第四溶剂25间形成一暂时性的界面27，第三溶剂23和第四溶剂25组成第五溶剂26，在此，采用乙醚做为第四溶剂。然后，形成第五溶剂26静置5分钟，于第五溶剂26表面置入图2A所示的荧光粉混合溶液，由于做为第三溶剂23的乙酸乙酯的比重高于做为第二溶剂211的正丁烷，故荧光材料溶液中的荧光粉210可排列在其表面上，而形成一第一荧光粉薄膜21，如图2D所示。

而后，将第五溶剂26自容器24内去除，使第一荧光粉薄膜21于发光装置20表面成型，如图2E所示。接着，将容器24置于干燥处理设备(图中未示)中，以蒸发除去残余溶剂。待干燥完全后，则可得到一形成于发光装置20表面的第一荧光粉薄膜21，如图2F所示。

[形成保护层]

配制一硅氮材料溶液，使用的硅氮化合物结构如下式II，与二元酯、甲醇混和溶剂(溶剂重比1∶1)、金属钯触媒(重量比0.5wt％)与纳米级TiO₂(粒径20nm，重量比1wt％)混合。

混合均匀后，以旋转涂布法将硅氮材料溶液涂布于第一荧光粉薄膜21上，而形成一第一保护层22，如图2G所示。静置后，将具有第一荧光粉薄膜21及第一保护层22的第一发光单元20进行热处理10秒至1小时，再进行退火处理，则完成本实施例的发光装置表面，可形成无机硅氧、硅氮氧或硅氮等材料层，且该装置表面为不均匀的表面。于图2G中，第一荧光粉薄膜21及第一保护层22的组合为第二发光单元30。于此，第一发光单元20与第二发光单元30的总厚度为115μm。本技术领域中具有通常知识者可依据配制的硅氮材料溶液性质而选择适合的固化方式。

因此，上述形成坚固且具防水氧的硅氮材料层，能够强化固定荧光粉层，经过长时间工作下不会有黄化或劣化等现象发生，可防止水气渗入而造成LED芯片受损，避免基板发光效率劣化，并且能够耐高温超过320度℃以上。将上述制得的涂布有荧光粉薄膜的覆晶LED芯片，经试点亮后，所发出的混光色温为5400K。

并且，更可重复如图2B至图2G等所示的上述步骤，形成具有多层荧光粉薄膜与多层保护膜交互设置的复合结构，如图2H所示，于第一保护层22上可再依序形成第二荧光粉薄膜21’、第二保护层22’、第三荧光粉薄膜21”及第三保护层22”，如此一来，所形成的荧光粉薄膜混光效果可达到预期的色温以及演色性。于图2H中，第一保护层22、第二荧光粉薄膜21’、第二保护层22’、第三荧光粉薄膜21”及第三保护层22”的组合为第二发光单元30’。于此，第一发光单元20与第二发光单元30’的总厚度为145μm。并且，保护层与荧光粉薄膜交替设置，可有效区隔该些荧光粉薄膜，若需设置不同荧光粉材料制成的薄膜，以保护层相隔可避免各荧光粉薄膜互混/干扰，影响所需的混光效果。

[实施例2]

本实施例的制作方法如实施例1所述。除了本实施例中使用的荧光粉采用粒径为25μm且材料为PMMA的纳米球作为球型载体，而荧光粉体采用粒径约5μm的Y₂O₃:La³⁺、YAG:La³⁺、以及CdSe:ZnS的混合物，且荧光粉体的混合物包含于球型载体内部。此外，采用异丙醇做为第二溶剂，以及采用3-甲氧基丙晴(MPN)做为第四溶剂。因此，本实施例中制得涂布有荧光粉薄膜的覆晶LED芯片，经试点亮后，所发出的混光色温为5700K。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。