CN104164197A - 用于发光装置的封装胶及发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于发光装置的封装胶，包含：透光树脂；多个散射粒子，分散于该透光树脂，这些散射粒子的粒径范围为190至450nm；及多个磷光粒子，分散于该透光树脂。本发明另提供一种发光装置，是包括如前所述的用于发光装置的封装胶，以及经该封装胶封装的发光二极体。该发光装置通过含有特定粒径范围的散射粒子，可以在不改变发光装置的亮度的前提下，达到减少磷光粒子用量的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种封装胶，特别是指一种用于发光装置的封装胶。
背景技术
为因应LED产业的快速发展，如何提高发光的效率、亮度、使用寿命，以及降低每单位照明的成本等条件，都是非常重要的市场考量因素。LED整体的发光效能主要受到发光二极体芯片(chip)、封装形式及封装胶的影响，目前发光二极体晶片内部发光效率已达90％以上，但LED的整体出光效率(lightextraction efficiency)仅达30％，因此，应用于LED的封装胶必须具备高透光率、高折射率、良好耐热性、抗湿性、绝缘性、高机械强度、化学稳定性及良好的加工性等，仍有需要进一步改良LED封装胶的组成及各项物性。
多数LED发光装置有出光效率不高的问题，主要原因在于LED的发光二极体芯片与封装胶的折射率差异过大。常见的透明封装胶，包括环氧树脂、硅氧烷(silicone)树脂及尿素(urea)树脂，其折射率为1.40至1.53，明显低于折射率为2.5之GaN的发光二极体芯片或折射率为3.45的GaP的发光二极体芯片，使得发光二极体晶片发出的光通过封装胶时发生全反射，并使光线局限在LED封装结构内部，造成出光效率不佳。为了尽可能提高封装胶的折射率，常见的方法包括将有机树脂材料改质，或混合有机及无机材料。
白光LED封装胶更包含波长转换光致发光的磷光粒子。于操作时，磷光粒子吸收由芯片放出的一部份辐射，且重新发射不同波长的辐射，由芯片放出且未被磷光粒子所吸收的光与磷光粒子重新放出的光组合，藉以提供呈现于人眼中的白色光。通过前述原理产生白光的发光装置需要使用足量的磷光粒子，否则放出的光将难以呈现白色；但光致发光材料系使用稀有金属烧结而成，价格高昂，且稀有金属资源日益匮乏，因此，若能在保持良好光色表现及亮度的前提下降低磷光粒子的用量，将是一个极具突破性的发展。
以往白光LED封装胶的开发概念主要强调抗沉降特性，通过使磷光粒子均匀分散来降低用量并提升光色转换效率。现阶段提升白光LED封装胶性能的另一途径是通过添加高折射率的粉体，利用光线碰撞到高折射率粉体时所发生的光学散射的效应，改变芯片所产生的指向性光线行进方向，增加光线与磷光粒子碰撞，进而降低磷光粒子的用量。
台湾专利公开案第201232094号揭示一种波长转换组份，包含光致发光材料的粒子及光反射材料的粒子。其中，该光反射材料的粒子的粒径范围为0.01至10μm，优选地为100至150nm。以该芯片是蓝光芯片为例，相对于红光或绿光芯片所散射的量，该光反射材料对于蓝光的相对散射程度是近三倍或甚至更多，但相对散射程度提升仅能表示光与光反射材料碰撞的次数增加，仍无法得知用以评价发光装置的效率的亮度是否可藉以提升。
因此，综上所述，发展一种可以除了降低磷光粒子使用量之外，更提升发光装置的亮度的发光装置封装胶，就目前产业界而言，是有迫切需求的。
发明内容
因此，本发明的第一目的，即在提供一种用于发光装置的封装胶。
于是本发明用于发光装置的封装胶，包含：
透光树脂；
多个散射粒子，分散于该透光树脂，这些散射粒子的粒径范围为190至450nm；及
多个磷光粒子，分散于该透光树脂。
本发明另提供一种发光装置，是包括如前所述的用于发光装置的封装胶，以及经该封装胶封装的发光二极体。
本发明的功效在于：该用于发光装置的封装胶含有特定粒径范围的散射粒子，当用于发光装置时，基于光学散射原理，使发光二极体所发出的光与该封装胶中的磷光粒子及散射粒子的碰撞次数增加，进而使该封装胶在维持该发光装置的亮度的前提下，减少荧光粉的用量。
实施方式
本发明用于发光装置的封装胶，包含：
透光树脂；
多个散射粒子，分散于该透光树脂，这些散射粒子的粒径范围为190至450nm；及
多个磷光粒子，分散于该透光树脂。
需提醒的是，当该封装胶用于发光装置时，这些散射粒子及磷光粒子是均匀且不沉降地分散在该透光树脂中。当该发光二极体放出的光子进入该封装胶中，光子碰到磷光材料会转变为放出磷光，光子及磷光碰撞到散射粒子时，散射粒子会改变光子及磷光的路径，提升光子与磷光粒子的碰撞机率，致使更多的磷光生成及放出。因此，即使该封装胶的磷光粒子含量少于常规技术，通过该具有特定粒径范围的散射粒子的存在提升光子与磷光粒子的碰撞机会，该发光装置仍可以维持理想的亮度和光色表现。
优选地，这些散射粒子的粒径范围为210至350nm。
该散射粒子是选用具有高反射率的物种。优选地，这些散射粒子是选自于二氧化钛、二氧化硅、氮化硼、氧化铝、硫酸钡、碳酸钙、氧化锆、氧化锌、氧化镁、氧化铁等，或它们的一个组合。更优选地，这些散射粒子是二氧化钛。
优选地，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些散射粒子的用量范围为0.001至0.2重量份。
优选地，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些散射粒子的用量范围为0.001至0.15重量份。
优选地，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些散射粒子的用量范围为0.05至0.15重量份。
该磷光粒子是任意光致发光的磷光体材料，包含无机或有机磷光体，优选地，该磷光粒子是选自于正硅酸盐、氮化物、硫酸盐、氧氮化物、氧硫酸盐或钇铝石榴石(Y3Al5O12:Ce，以下简称YAG)。
优选地，这些磷光粒子的粒径范围为5至20μm。
优选地，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些磷光粒子的用量范围为5至30重量份。更优选地，这些磷光粒子的用量范围为5.2至7重量份。
优选地，该透光树脂是热固性透光树脂。
优选地，该透光树脂可例如但不限于丙烯酸、聚碳酸酯、环氧树脂，或聚硅氧烷。优选地，该透光树脂是聚硅氧烷。
本发明发光装置，是包括如前所述的用于发光装置的封装胶，以及经该封装胶封装的发光二极体。
该发光装置的封装方式并没有特别限制，一般的发光二极体封装方法均可以采用。优选地，该发光装置是采用胶杯封装。
此外，该发光二极体所发出的光在通过该封装胶后可能通过磷光粒子转换为不同色彩的光。优选地，该发光二极体可以产生波长为440至480nm的蓝光，配合使用YAG作为磷光粒子，可使该发光装置放出白光。
本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
＜化学品来源＞
1.透光树脂：购自于达兴材料公司，产品名“LEH016”，为两液型热固化聚硅氧烷封装胶，含有烯基硅油、含氢硅油、白金催化剂、密着促进剂与抗氧化剂，硬化机制为硅氢加成。
2.二氧化钛(散射粒子)：购自于石原公司，产品名“TTO-55S”。
3.YAG(磷光粒子)：购自于英特美公司，产品名“LYAG540”。
＜制备例1至9及比较例＞制备用于发光装置的封装胶
[制备例1]
秤取100重量份透光树脂LEH016、6.3重量份的磷光粒子LYAG540及粒径为220nm的0.063重量份的二氧化钛TTO-55S。将前述各组份以行星式搅拌机均匀混合，搅拌速率为1500转/分，搅拌时间为5分钟，制得该制备例1的封装胶。
[制备例2至9]
制备例2至9的制备方法大致与制备例1相同，不同之处在于改变散射粒子及磷光粒子的用量，以及散射粒子的粒径。制备例2至9的配方详细记载于表1。
[比较例1]
比较例1是将100重量份的透光树脂LEH016与7重量份的磷光粒子LYAG540均匀混合，制备方法与制备例1大致相同，但不含有散射粒子。
[比较例2至4]
比较例2至4的制备方法大致与制备例1相同，不同之处在于改变散射粒子及磷光粒子的用量，以及散射粒子的粒径。比较例2至4的配方详细记载于表1。
＜功效测试＞
将前述制备例1至9及比较例1至4的封装胶分别以点胶制程方式封装发光二极体，该发光二极体的发光波长为440至480nm，封装完成后进行下列项目的测试。
封装的具体做法是将封装胶以行星式搅拌机均匀混合、脱泡后填入胶管，使用气压式点胶机将封装胶注入反射杯中。点胶完毕后，将填充有封装胶的反射杯放置于升温的烘箱中使封装胶热固化。热固化程序为：将烘箱由室温升温至150℃后维持2.5小时，然后使填充有封装胶的反射杯自然冷却，即可使封装胶完全固化，完成封装，制得发光装置。
1.相对亮度程度测试：
使用积分球分别量测各发光装置的发光亮度及色座标。以制备例1的发光亮度作为比较基准，其余制备例的发光亮度与制备例1发光亮度的差值以百分比显示，即可获得相对亮度程度。
以制备例2为例，计算方式如下：
表1
注、“-”表示未添加。
由表1可知，比较例1使用7重量份的磷光粒子，且不含有散射粒子，其相对亮度程度为0％。制备例1使用0.063重量份的散射粒子，6.3重量份的磷光粒子，相对亮度程度亦为0％。制备例2至5逐渐提高散射的用量至0.3重量份，并随着散射粒子用量的提高减少磷光粒子的用量至5.2重量份，相对亮度程度呈现为负值且逐渐递减，显示提高散射粒子的用量同时减少磷光粒子的用量会导致亮度降低。
比较例2至4的封装胶是配合使用0.063重量份的散射粒子及7重量份的磷光粒子，且散射粒子的粒径为650至1200nm。由相对亮度程度的测试结果可知，该发光装置的亮度是随着散射粒子粒径的增加而减少。制备例6至9的封装胶是配合使用0.063重量份的散射粒子及7重量份的磷光粒子，且散射粒子的粒径为195至450nm。由相对亮度程度的测试结果可知，该发光装置的亮度良好。
综上所述，本发明用于发光装置的封装胶通过含有特定粒径范围的多个散射粒子，当用于发光装置时，基于光学散射原理，发光二极体所放出的光将有更多机会与封装胶中的磷光粒子及散射粒子碰撞，进而使该发光装置能够在不降低该发光装置亮度的前提下，减少磷光粒子的用量，故确实能达成本发明的目的。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (11)
1.一种用于发光装置的封装胶，包含：
透光树脂；
多个散射粒子，分散于该透光树脂，这些散射粒子的粒径范围为190至450nm；及
多个磷光粒子，分散于该透光树脂。
2.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，这些散射粒子的粒径范围为210至350nm。
3.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，这些散射粒子是选自于二氧化钛、二氧化硅、氮化硼、氧化铝、硫酸钡、碳酸钙、氧化锆、氧化锌、氧化镁、氧化铁等，或它们的一个组合。
4.如权利要求所述的1所述的用于发光装置的封装胶，其中，这些散射粒子是二氧化钛。
5.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些散射粒子的用量范围为0.001至0.2重量份。
6.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些散射粒子的用量范围为0.001至0.15重量份。
7.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，这些磷光粒子的粒径范围为5至20μm。
8.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，以该透光树脂的重量为100重量份计，这些磷光粒子的用量范围为5至30重量份。
9.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，该透光树脂是热固性透光树脂。
10.如权利要求1所述的用于发光装置的封装胶，其中，该透光树脂是聚硅氧烷。
11.一种发光装置，是包括如权利要求1至10中任一项所述的用于发光装置的封装胶，以及经该封装胶封装的发光二极体。
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