CN117925177A - 复合封装材料及光学装置 - Google Patents

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Abstract

揭露一种复合封装材料，包括：(A)高分子胶材；以及(B)黏度改质剂，其中黏度改质剂(B)具有能与高分子胶材(A)形成非共价作用力的官能基团。在常温的状态下，复合封装材料在剪切率为1×10‑3s‑1时的对数黏度log(η0)，与复合封装材料在剪切率为1×102s‑1时的对数黏度log(η∞)之比值(log(η0)/log(η∞))为1.1‑2.5。

Description

复合封装材料及光学装置
技术领域
本发明是关于一种封装材料，特别是关于一种适用于发光二极管的复合封装材料及包括所述复合封装材料的光学装置。
背景技术
发光二极管(light-emitting diode,LED)光源具有高效率、长寿命、不含汞(Hg)等有害物质的优点。随着发光二极管领域技术的不断进步，发光二极管的亮度、寿命等性能都得到了极大的提升，使得发光二极管的应用领域越来越广泛，从路灯等室外照明到装饰灯等室内照明，均纷纷使用或更换成发光二极管作为光源。
发光二极管需要针对不同类型设计合理的封装形式以成为终端产品并投入实际应用。一般来说，封装的功能在于提供芯片足够的保护，防止芯片在空气中长期暴露或受到机械损伤而失效，以提高芯片的稳定性。对于发光二极管封装，还需要具有良好光取出效率(light extraction efficiency,LEE)和良好的散热性，好的封装可以让发光二极管具备更好的发光效率和散热环境，进而提升发光二极管的寿命。
此外，封装还是白光发光二极管制备的关键环节：半导体材料的发光机理决定了单一的发光二极管芯片无法发出连续光谱的白光，因此制程上必须混合两种以上互补色的光而形成白光，目前实现白光发光二极管的方法主要有三种：(1)蓝光发光二极管搭配黄色(YAG)荧光粉，(2)RGB三色发光二极管，(3)紫外发光二极管搭配多色荧光粉，而白光发光二极管的实现都是在封装环节。良好的制程精度控制以及良好的材料、设备是白光发光二极管器件一致性的保证。
目前常见发光二极管封装技术采用荧光粉涂覆制程，即先将荧光粉与胶体按一定的比例揽拌混合后，然后利用自动点胶机将荧光胶涂覆在发光二极管芯片表面，利用这种方法提高了发光二极管芯片的光学性能。但是，荧光粉的密度比胶体的密度大，两者之间存在一定密度差，当两种物质混合在一起时，荧光粉会有明显的沉淀，荧光粉在荧光胶中会分散不均匀，使得光不能充分的混合，导致组件发出的白光不能达到均匀一致，使光斑周围出现蓝圈、黄圈现象，极大地影响产品性能。
此外，目前封装材料考虑胶材与基板润湿效果佳而有较佳的黏附性，因此胶材较难维持点胶后的形状，会有摊流情况而无法自行成为一个理想的透镜形状，从而影响了光取出效率。
因此，目前仍需对发光二极管的封装材料进行改良。
发明内容
本发明揭露一种复合封装材料，包括：
(A)高分子胶材；以及
(B)黏度改质剂，其中黏度改质剂(B)具有能与高分子胶材(A)形成非共价作用力的官能基团，
其中，在常温的状态下，复合封装材料在剪切率为1×10-3s-1时的对数黏度(log(η0))与复合封装材料在剪切率为1×102s-1时的对数黏度(log(η∞))之比值(log(η0)/log(η∞))为1.1-2.5。
在一些实施例中，复合封装材料呈网状缠绕结构。
在一些实施例中，非共价作用力包括凡得瓦力、氢键、离子键、疏水作用力、或上述之组合。
在一些实施例中，高分子胶材(A)具有硅氧烷键、碳氢键、或其组合。
在一些实施例中，高分子胶材(A)包括硅氧树脂、环氧树脂、氟树脂、或上述之组合。
在一些实施例中，黏度改质剂(B)的官能基团包括-OH、＝NH、-NH2、卤基、碳氢链、或上述之组合。
在一些实施例中，黏度改质剂(B)包括高分子材料、纳米材料、或上述之组合。
在一些实施例中，高分子材料包括聚酰胺蜡、有机膨润土、氢化蓖麻油、或上述之组合。
在一些实施例中，纳米材料的粒径为1nm-500nm。
在一些实施例中，相对于100重量份的高分子胶材(A)，纳米材料为0.1-130重量份(wt％)。
在一些实施例中，纳米材料包括发光材料、非发光材料、或上述之组合。
在一些实施例中，发光材料包括量子点。
在一些实施例中，非发光材料包括TiO2、SiO2、Al2O3、或上述之组合。
在一些实施例中，相对于100重量份的高分子胶材(A)，高分子材料为1-100重量份。
在一些实施例中，复合封装材料更包括荧光粉。
本案还揭露一种光学装置，包括如以上任一所述的复合封装材料。
在一些实施例中，光学装置更包含发光单元，复合封装材料覆盖光学装置之发光单元。
在一些实施例中，光学装置更包含光学单元，光学单元由该复合封装材料所形成。
在一些实施例中，光学单元为一透镜。
附图说明
以下将配合所附图式详述本发明实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可任意地放大或缩小组件的尺寸，以清楚地表现出本发明实施例的特征。
图1A是根据一些实施例，习知封装材料的对数黏度(log(η))与剪切率的对数(log(γ))之关系示意图。
图1B是根据一些实施例，揭露复合封装材料的对数黏度(log(η))与剪切率的对数(log(γ))之关系示意图。
图2A是根据一些实施例，揭露复合封装材料在静止状态下的结构示意图。
图2B是根据一些实施例，揭露复合封装材料在受力状态下的结构示意图。
图3是根据一些实施例，包括揭露复合封装材料的光学装置的示意图。
图4是根据另一些实施例，包括揭露复合封装材料的光学装置的示意图。
图5是不同示例的对数黏度(log(η))与剪切率的对数(log(γ))之关系图。
具体实施方式
以下揭露提供了许多的实施例或范例，用于实施所提供的目标物之不同组件。各组件和其配置的具体范例描述如下，以简化本发明揭露实施例之说明。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本发明实施例。举例而言，叙述中若提及第一组件形成在第二组件之上，可能包含第一和第二组件直接接触的实施例，也可能包含额外的组件形成在第一和第二组件之间，使得它们不直接接触的实施例。此外，本发明揭露的实施例可能在各种范例中重复参考数值或字母。如此重复是为了简明和清楚之目的，而非用以表示所讨论的不同实施例或配置之间的关系。
以下描述实施例的一些变化。在不同图式和说明的实施例中，相似的组件符号被用来标示相似的组件。可以理解的是，在方法的前、中、后可以提供额外的步骤，且一些所叙述的步骤可在所述方法的其他实施例被取代或删除。
再者，其中可能用到与空间相对用词，例如「在……之下」、「下方」、「较低的」、「上方」、「较高的」等类似用词，是为了便于描述图式中一个(些)部件或特征与另一个(些)部件或特征之间的关系。空间相对用词用以包括使用中或操作中的装置之不同方位，以及图式中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，其中所使用的空间相对形容词也将依转向后的方位来解释。
此处所使用的用语「约」、「近似」等类似用语描述数字或数字范围时，该用语意欲涵盖的数值是在合理范围内包含所描述的数字，或本发明所属技术领域中具有通常知识者理解的其他数值。
本说明书中，黏度值的指针定义为在温度25℃±5℃、湿度50±10％RH、常压(100kPa)的环境下测定的值。即便是上述范围外所量测的黏度指标，只要它们调整为气温25℃±5℃、湿度50±10％RH、常压的环境下所量测的数值落入本说明书所规定的范围时，则这些情况亦包含于本发明揭露的范围中。此外，本文中的术语「常温」、「室温」，系指约20℃至30℃之温度。
本文中，「γ」指剪切率，单位为s-1，「η」指黏度，单位为mPa.s。「η0」指在常温(25℃±5℃)的状态下，剪切率为1×10-3s-1时封装材料的黏度；「η∞」则是指在常温的状态下，剪切率为1×102s-1时封装材料的黏度。「log(η0)」指η0以10为底的对数；「log(η∞)」指η∞以10为底的对数；「log(γ)」指γ以10为底的对数。
本发明揭露之复合封装材料，包括：
(A)高分子胶材；以及
(B)黏度改质剂，其中黏度改质剂(B)具有能与高分子胶材(A)形成非共价作用力的官能基团，在常温的状态下，复合封装材料在剪切率为1×10-3s-1时的对数黏度(log(η0))与复合封装材料在剪切率为1×102s-1时的对数黏度(log(η∞))之比值(log(η0)/log(η∞))为1.1-2.5。
以下参照图1A及图1B，对揭露的复合封装材料的黏度特性进行进一步的说明。图中，「η0」为常温下，剪切率(γ)为1×10-3s-1时封装材料的黏度；「η∞」为常温下，剪切率(γ)为1×102s-1时封装材料的黏度。
图1A为习知封装材料在常温下(25℃±5℃)的对数黏度(log(η))与剪切率的对数(log(γ))的关系图，如图中所示，目前市售之封装材料的η0的对数与η∞的对数的比值大抵等于1(即log(η0)/log(η∞)＝1)，不论于任何环境及制程操作条件下黏度皆为定值。此外，由于加工性的考虑，其黏度无法调配得过大，因此封装材料中的荧光粉会有沉降的问题，且封装材料在点胶之后较难维持其形状，会有胶材摊流的问题。图1B为揭露复合封装材料在常温下(25℃±5℃)的对数黏度(log(η))与剪切率的对数(log(γ))的关系图，如图中所示，可以看到揭露的复合封装材料的黏度随着剪切率的增加而下降。这是因为本案揭露通过在封装材料中添加特定改质剂，其具有可与封装材料中的高分子胶材形成非共价作用力(例如凡得瓦力、氢键、离子键、疏水作用力、或上述之组合)的官能基，从而使所形成的复合封装材料呈缠绕网状结构，并使材料的log(η0)/log(η∞)≠1，进而解决目前封装材料所遇之问题。
由于本案揭露发明的复合封装材料在剪切率为1×10-3s-1以下的黏度接近为定值，因此当剪切率为1×10-3s-1以下时，复合封装材料可视为静止状态(无受力状态)，因此本揭露将η0设定为剪切率为1×10-3s-1时的黏度。随着剪切率上升(剪切率大于1×10-3s-1)，复合封装材料受到的外力上升，分子受到扰动(视为受力状态)，使分子之间的非共价作用力减弱，造成黏度逐渐下降。由于当添加纳米材料量达一定量时，于量测上会出现因转速过高而有浆料分离之现象，导致量测数值稳定性不佳，失去材料判断之价值。因此，本揭露将η∞设定为剪切率为1×102s-1时的黏度。
在一些实施例中，高分子胶材(A)具有硅氧烷键、碳氢键、或其组合。在一些实施例中，高分子胶材(A)包括硅氧树脂、环氧树脂、氟树脂、或上述之组合。
所述硅氧树脂，可例如是具有烷基、芳香族基等之有机官能基作为构成单位之包含硅氧烷键之树脂。前述烷基并未特别限定，例如为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、第二丁基、第三丁基等。前述芳香族基并未特别限定，例如为苯基、甲苯基等。具体而言，硅氧树脂可例如是二甲基聚硅氧烷、甲基苯基聚硅氧烷、二苯基聚硅氧烷等。此外，所述硅氧树脂亦可包含例如环氧改质硅氧树脂、醇酸改质硅氧树脂、丙烯酸改质硅氧树脂、聚酯改质硅氧树脂等、或上述之组合。
上述环氧树脂可例如是双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、四溴双酚环氧树脂、以及橡胶改质环氧树脂、脂环族环氧树脂、脂肪族环氧树脂等、或其组合。
上述氟树脂可例如是聚氟乙烯(polyvinyl fluoride,PVF)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride,PVDF)、聚三氟乙烯(polytrifluoroethylene,PTrFE)、聚氯三氟乙烯(polychlorotrifluroethylene,PCTFE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)等单独聚合物、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚共聚物等、或其组合。
此外，高分子胶材(A)还可包括其他树脂，例如丙烯酸系树脂、乙烯系树脂、尿素树脂、酰亚胺树脂、聚(硫醚)树脂、或其组合。丙烯酸系树脂可举例例如：聚((甲基)丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙二醇二甲基丙烯酸酯)(PEGMA)等，乙烯系树脂可举例例如：聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚(二乙烯基苯)(PDVB)等。
在一些实施例中，高分子胶材(A)中尚可包括其他添加剂，例如固化剂、固化促进剂、硅烷偶合剂、阻燃剂、阻燃助剂、脱模剂、离子捕获剂、颜料/着色剂、应力降低剂、胶黏剂等、或其组合。
在一些实施例中，黏度改质剂(B)能够与高分子胶材(A)形成非共价作用力的官能基团包括-OH、＝NH、-NH2、卤基、碳氢链、或上述之组合。在一些实施例中，黏度改质剂(B)包括高分子材料、纳米材料、或上述之组合。
在一些实施例中，黏度改质剂(B)中的高分子材料包括聚酰胺蜡、有机膨润土、氢化蓖麻油、或上述之组合。作为有机膨润土，可举例例如具有十六烷基三甲基铵离子的膨润土、或是具有四甲基铵离的子膨润土等。根据一些实施例，相对于100重量份的高分子胶材(A)，作为黏度改质剂(B)的高分子材料为1-100重量份，例如5-95重量份、10-90重量份、15-85重量份、20-80重量份、25-75重量份、30-70重量分、35-60重量份、40-55重量份、45-50重量份。
在一些实施例中，黏度改质剂(B)中的纳米材料的粒径为1nm-500nm，例如3nm-480nm、5nm-450nm、8nm-420nm、10nm-400nm、15nm-380nm、20nm-350nm、25nm-320nm、30nm-300nm、35nm-250nm、40nm-200nm、50nm-150nm、55nm-100nm、60nm-95nm、70nm-90nm、75nm-85nm。根据一些实施例，相对于100重量份的高分子胶材(A)，作为黏度改质剂(B)的纳米材料为0.1-130重量份，例如0.5-125重量份、1.5-121重量份、5-115重量份、10-110重量份、15-105重量份、20-100重量分、25-95重量份、30-90重量份、35-85重量份、40-80重量份、45-75重量份、50-70重量份、55-60重量份。
在一些实施例中，纳米材料包括发光材料、非发光材料、或上述之组合。在一些实施例中，非发光材料包括TiO2、SiO2、Al2O3、或上述之组合。在一些实施例中，发光材料包括量子点。
所述非发光材料可通过表面修饰引入不同官能基。例如可通过疏水表面处理剂、亲水表面修饰等进行处理。例如在材料表面涂覆三甲基氯硅烷、三乙基氯硅烷、三苯基氯硅烷、二甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、聚二甲基硅氧烷、羟基聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、脂肪酸、氧化硅、氧化铝等。根据一些实施例，非发光材料可与本案所揭露的高分子材料(A)形成氢键、凡得瓦力、离子键、疏水作用力等非共价作用力。
所述量子点可包含II-VI族半导体化合物物、III-V族半导体化合物、IV-VI族半导体化合物、或上述之组合。量子点的结构可包含主要发光的核心区(core)以及包复核心区的壳(shell)，核心区的材料可包含硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、硒化镓(GaSe)、锑化镓(GaSb)、砷化镓(GaAs)、氮化铝(AlN)、磷化铝(AlP)、砷化铝(AlAs)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、碲(Te)、硫化铅(PbS)、锑化铟(InSb)、碲化铅(PbTe)、硒化铅(PbSe)、碲化锑(SbTe)、硒化锌镉(ZnCdSe)、硫化锌镉硒(ZnCdSeS)、硫化铜铟(CuInS)、或上述之组合。壳的材料与核心区的材料必须相互搭配(例如核心区与壳的材料的晶格常数需要匹配)。具体而言，壳的材料组成之选择，除了与核心区的材料的晶格常数需匹配外，另一个考虑是为了能在核心区的外围形成一个高能障区域，以提升量子产率(quantum yield)。为了能同时满足这两种性质，可通过壳的结构及/或组成的改变，一方面减少核心区与壳的应力，一方面拉高能障。壳的结构可以是单层、多层或者材料组成渐变的结构。在一实施例中，核心区为硒化镉，壳为单层的硫化锌。在另一实施例中，核心区为硒化镉，壳包含内层的(镉,锌)(硫,硒)及外层的硫化锌。在另一实施例中，核心区为硒化镉，壳包含内层的硫化镉，中间渐变层的Zn0.25Cd0.75S/Zn0.5Cd0.5S/Zn0.75Cd0.25S，外层的硫化锌。根据一些实施例，量子点可与本案所揭露的高分子材料(A)形成离子键、凡得瓦力、氢键、亲疏水作用力等非共价作用力。
在一些实施例中，复合封装材料更包括荧光粉，荧光粉之种类并无特别限定。举例而言，例如：发光二极管中广泛利用之包含氧化物系荧光体、氮氧化物系荧光体、氮化物系荧光体、硫化物系荧光体、氧硫化物系荧光体等之黄色、红色、绿色、蓝色发光荧光体。荧光粉材料可举例例如Y3Al5O12:Ce、Gd3Ga5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce、(Lu,Y)3Al5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、SrS:Eu、SrGa2S4:Eu、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu、(Ca,Sr)S:(Eu,Mn)、(Ca,Sr)S:Ce、(Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu、(Sr,Ba,Ca)2Si5N8:Eu、(Sr,Ba,Ca)(Al,Ga)SiN3:Eu、SrLiAl3N4:Eu、Ba2LiSi7AlN12:Eu、K2SiF6:Mn、K2TiF6:Mn、K2SnF6:Mn、或上述之组合。
以下参照图2A-图2B说明本案揭露的复合封装材料在不同状态下的结构，其中图2A为本案所揭露复合封装材料在静止状态下的结构示意图，而图2B为本案所揭露复合封装材料在受力状态下的结构示意图。本案所揭露的复合封装材料添加了黏度改质剂(B)，其表面具有可以与复合封装材料所包含的高分子胶材(A)形成非共价作用力之官能基团，从而使复合封装材料中的分子结构缠绕形成网状结构。在一些实施例中，揭露复合封装材料中的高分子胶材10包含硅氧烷键(-Si-O-Si-)，而黏度改质剂20包含羟基(-OH)，因此两者之间会形成非共价作用力30(例如氢键)，使复合封装材料中的分子相互缠绕，如图2A所示，从而提升复合封装材料之间的黏度。而随着本案所揭露复合封装材料受到的剪切率上升，复合封装材料受到扰动，高分子胶材10与黏度改质剂20之间的非共价作用力30减弱，复合封装材料的结构变得较为松散，如图2B所示，从而使其黏度降低。此外，本案所揭露的复合封装材料受到的力一旦减弱或停止施加，黏度便会上升或快速恢复。相对于此，习知封装材料中的高分子胶材因缺少非共价作用力，其分子结构排列较为松散，无论在非受力或受力的状态下材料结构皆无改变，因此，其黏度在不同剪切率下大抵不变。
本实施例所揭露的复合封装材料可应用于不同的发光二极管封装方式，例如表面黏着封装(surface mount device,SMD)及芯片直接封装(chipon board,COB)等，以形成包含本案所揭露复合封装材料的光学装置。在一些实施例中，上述光学装置包括发光单元，且本案所揭露的复合封装材料覆盖光学装置中的发光单元。在一些实施例中，上述发光单元可为发光二极管芯片。在一些实施例中，光学装置更包含光学单元，光学单元由该复合封装材料所形成。在一些实施例中，上述光学单元可为一透镜。
图3为包括本案所揭露复合封装材料的光学装置40的示意图。光学装置40包括封装基板410、固定于封装基板410上的发光二极管芯片420、以及包覆发光二极管芯片420的复合封装材料430。本案所揭露的封装基板410并未特别限定，可以根据光学装置40的需求进行调整，基板410可使用例如硬式印刷电路板、高热导系数铝基板、陶瓷基板、软式印刷电路板、金属复合材料等。发光二极管芯片420并未特别限定，可以根据光学装置40的需求进行调整，发光二极管芯片420的材料可使用例如可发出红光的铝砷化镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化镓(GaP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)等、可发出蓝光的铟氮化镓(InGaN)、硒化锌(ZnSe)、铟氮化镓/氮化镓(InGaN/GaN)等、可发出绿光的铟氮化镓/氮化镓(InGaN/GaN)、磷化镓(GaP)、铝磷化镓(AlGaP)等、或其组合。复合封装材料430包括上述的高分子胶材(A)与上述的黏度改质剂(B)，并可根据需求加入添加剂，在此不再赘述。可使用习知的方式将发光二极管芯片420黏着在封装基板410上，并利用复合封装材料430进行封装。由于本案所揭露的复合封装材料在不受力的状态下，其分子结构缠绕形成网状结构，使胶材摊流状态受到限制，因此在点胶等制程之后，能够维持其形状，以在基板上形成具有高度H与宽W的透镜形状，如图3所示。高度H为复合封装材料430的底表面与顶点之间的距离，且宽度W为复合封装材料430的底表面的最大宽度。复合封装材料430具有理想的高宽比(H/W)，能够提升光学装置40的光取出效率。
相对于此，由于习知封装材料在受力与不受力的状态下，分子结构皆无改变，且习知封装材料考虑胶材与基板润湿效果佳而有较佳的黏附性，较难在点胶等制程之后维持形状，因此胶材会摊流而无法自行成为一个理想的透镜形状，光取出效率不佳。
图4所示是包括本案所揭露复合封装材料的另一光学装置50示意图。光学装置50包括封装基板510、固定于封装基板510上的发光二极管芯片520、以及包覆发光二极管芯片520的复合封装材料530。封装基板510可以包括塑料、陶瓷、或其组合，具体而言，封装基板510可以是塑料引线芯片载体(plastic leaded chip carrier,PLCC)、陶瓷引线芯片载体等。发光二极管芯片520与发光二极管芯片420的材料可以相同。复合封装材料530包括上述的高分子胶材(A)与上述的黏度改质剂(B)，并可视需求加入添加剂。应该注意的是，复合封装材料530更包括上述的荧光粉，以作为色转换封装材料。将发光二极管芯片520黏着在封装基板510上，并利用复合封装材料530进行封装。在一些实施例中，光学装置50在封装时，使用点胶针筒60进行封装，点胶针筒60内装有复合封装材料530，且复合封装材料530中，荧光粉533能与高分子胶材531及复合封装材料530的其他材料(未示出)均匀混合，且在利用复合封装材料530封装发光二极管芯片520后，荧光粉533也能在光学装置50的封装材料530中呈均匀分布。此外，在点胶针筒60内填充的复合封装材料530，在室温下静置4小时后不会出现分层现象。
相对于此，将习知封装材料填充在相同型号的点胶针筒内，在室温下静置4小时后，能看出明显的分层，即习知封装材料中的荧光粉会发生沉降现象。
以下，根据各种实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明并不受限于这些实施例。其中，表格中的「份」为「重量份(wt％)」，且各实施例以高分子胶材为100重量份。
[实验材料]
TiO2-A：表面物质-疏水表面处理剂
SiO2-A：无表面涂布(coating)，单纯SiO2；粒径为7nm，为纳米材料
SiO2-B：表面涂布二甲基二氯硅烷(dimethyldichlorosilane)
SiO2-C：表面涂布聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)
SiO2-D:：无表面涂布，单纯SiO2；粒径为10μm，为微米材料
[黏度的测定]
用Anton Paar所制造之流变仪(MCR-102)测定不同示例的封装材料在25℃下之黏度。使用直径为25mm之平板，量测间隙为250μm，以0.001s-1-1000s-1的剪切速率进行扫描量测，并利用所得数据求出不同示例的log(η0)/log(η∞)数值。
＜实验组1—相同比例粉体实验＞
[表1]
(比较例A0)
比较例A0未添加发光材料及纳米非发光材料，并作为比较基准。
(实施例A1)
实施例A1添加纳米非发光材料，根据表1所示的配方，将100重量份(Wt％)的Silicone-A、25重量份(Wt％)的TiO2-A进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后将搅拌后的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例A2、实施例A8)
实施例A2、A8添加了纳米非发光材料，实施例A2、A8除了根据表1更改所添加的纳米非发光材料的种类及比例以外，以与实施例A1相同的方式调制。
(实施例A3)
实施例A3添加了发光材料，实施例A3根据表1所示的配方，将100重量份的Silicone-A、25重量份的绿磷光体、及25重量份的红磷光体进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后将搅拌后的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例A4)
实施例A4添加了发光材料及纳米非发光材料，根据表1所示的配方，将100重量份的Silicone-A、2重量份的SiO2-A进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后，再加入25重量份的绿磷光体、及25重量份的红磷光体，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后将搅拌后的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例A5-A7)
实施例A5-A7添加了发光材料，除了根据表1更改所添加的发光材料的比例以外，以与实施例A3相同的方式调制。
实验组1通过对不同示例进行黏度测试，比较添加大致相同比例粉体材料的复合封装材料。
首先比较实施例A1-A2、A8及比较例A0。实施例A1-A2皆添加了粒经为250nm的TiO2-A，相对于比较例A0，其封装材料的(log(η0)/log(η∞))值明显提升，且TiO2-A的添加比例越大，材料的(log(η0)/log(η∞))值越大。相较之下，虽然实施例A8与实施例A2同样加入了50重量份的纳米非发光材料，但SiO2-D的粒径为10μm，且表面未经处理，因此，难以提升材料的(log(η0)/log(η∞))值。
接着比较实施例A3-A7、及比较例A0。实施例A3-A7皆添加了50重量份的发光材料。实施例A3添加了25重量份的绿磷光体(30μm)及25重量份的红磷光体(40μm)，但两者的粒径皆落在500nm以上，对封装材料的(log(η0)/log(η∞))值较影响较小。相对于此，实施例A4在实施例A3的基础上还添加了2重量份的SiO2-A，其粒径仅为7nm，能够明显提升封装材料的(log(η0)/log(η∞))值。同样，添加了50重量份绿磷光体的实施例A5及添加了50重量份红磷光体的实施例A6的(log(η0)/log(η∞))值相较于比较例A0变化也不大，而实施例A7添加了50重量份的量子点，其粒子径为50nm，能够明显提升封装材料的(log(η0)/log(η∞))值。
综上所述，当封装材料中添加的粉体材料尺寸大于500nm时，无法使封装材料的(log(η0)/log(η∞))值大于1.1，因此一般发光二极管使用之荧光粉无法改良封装材料的黏度特性。
＜实验组2—抗沉降效果实验＞
[表2]
表2中，「x」代表无抗沉降效果；「Δ」代表略有抗沉降效果；「O」代表抗沉降效果佳。
(比较例B0)
比较例B0未添加发光材料及纳米非发光材料，并作为比较基准。
(实施例B1)
实施例B1添加纳米非发光材料，根据表2所示的配方，将100重量份的Silicone-B、1重量份的SiO2-A进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后将搅拌后的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例B2-4)
实施例除了更改所添加的SiO2的种类及比例以外，以与实施例B1相同的方式调制。
之后，将调制后的实施例B0-B4一部分进行黏度测试，剩余部分再加入25重量份的绿磷光体(30μm)进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后将搅拌后的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温下维持直到材料中不存在气泡。将脱泡后的荧光粉注入点胶针筒中，并在室温下放置4小时后，观察荧光粉是否发生沉降。
实验组2通过添加不同的SiO2材料，进行材料之间抗沉降效果的比较。由表2可以看出相对于未添加SiO2的比较例B0，添加SiO2的实施例B1-B4的(log(η0)/log(η∞))值明显提升。
比较实施例B1-B3及比较例B0。实施例B1-B3中添加的SiO2的比例皆相同，实施例B1使用的SiO2-A无表面处理，实施例B2使用的SiO2-B表面涂覆了二甲基二氯硅烷，而实施例B3添加的SiO2-C表面涂覆了聚二甲基硅氧烷。由于添加的SiO2表面的官能基不同，造成实施例B1-B3的(log(η0)/log(η∞))值皆不相同。此外，由于B1中未作表面涂覆的SiO2-A氢键作用力较强，更易形成网状结构，实施例B1的(log(η0)/log(η∞))值大于实施例B2。
接着比较实施例B3-B4，实施例B3-B4皆添加SiO2-C，其表面涂覆的聚二甲基硅氧烷能够与高分子胶材形成非共价作用力(例如凡得瓦力、氢键)，因此添加的SiO2-C的比例越高，封装材料分子之间的作用力越强，而材料的(log(η0)/log(η∞))值也越大，沉降效果越好。
综上所述，在复合封装材料中添加相同比例的不同种类之SiO2，其(log(η0)/log(η∞))值会因不同SiO2表面状态而有所差异，这是因为SiO2粒子间及SiO2粒子与高分子胶材间形成不同的非共价键结而有不同分子结构缠绕所致。
＜实验组3—透明透镜实验＞
[表3]
(比较例C0、D0)
比较例C0、D0未添加发光材料及纳米非发光材料，并作为比较基准。
(实施例C1)
实施例C1添加纳米非发光材料，根据表3所示配方，将100重量份的Silicone-C、1重量份的SiO2-A进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，之后将搅拌后的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例C2-C4)
除了根据表1所示的配方，改变SiO2-A的添加量之外，以与实施例C1相同的方式调制。
(实施例D1-D3)
除了根据表1所示的配方，将高分子胶材改为Silicone-D并添加所述比例的SiO2-A之外，以与实施例C1相同的方式调制。
将配置好的封装材料一部分进行黏度的测试，另一部分用以点胶。以移液器控制点胶量为6μL，在室温下点胶于已固晶的基板上。点胶完成后，封装材料在基板上形成透镜的形状，之后测量所形成透镜的高宽比。
实验组3中的实施例C1-C3、D1-D3可在基板上形成透明的透镜，且当材料(log(η0)/log(η∞))的值约为1.5时，其形成的透镜高宽比约为0.10-0.20；当材料(log(η0)/log(η∞))的值约为2.0时，其形成的透镜的高宽比约为0.4-0.6；当材料(log(η0)/log(η∞))的值大于2.0时，其形成的透镜的高/宽约为0.7-1.0。
综上所述，由于本案揭露的复合封装材料在不受力的状态下，其分子结构缠绕形成网状结构，使胶材摊流状态受到限制，因此能够在基板上形成透镜形状(如图3所示)，且封装材料的(log(η0)/log(η∞))值越大，封装材料分子之间的网状结构越致密，其摊流状态受到的限制越大，形成的透镜具有越大的高宽比。通过控制(log(η0)/log(η∞))的值，可使封装材料在基板上形成具有不同高宽比的透镜状。
＜实验组4—白色透镜实验＞
[表4]
(实施例C5)
实施例C5添加纳米非发光材料，根据表1所示的配方，将100重量份的Silicone-C、1重量份的SiO2-A进行混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，接着，加入40重量份的TiO2-A，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使材料充分混合，最后将混合均匀的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例C6)
除了根据表1所示的配方，改变SiO2-A的添加量之外，以与实施例C5相同的方式调制。
将配置好的封装材料一部分进行黏度的测试，另一部分用以点胶。以移液器控制点胶量为6μL，在室温下点胶于已固晶的基板上。点胶完成后，封装材料在基板上形成透镜的形状，之后测量所形成透镜的高宽比。
实验组4中的实施例C5、C6由于加入TiO2，因此能够形成在基板上呈现白色的透镜状(如图3所示)，且材料(log(η0)/log(η∞))的值皆约为2.0，其形成的透镜的高宽比约为0.4-0.6。
＜实验组5—高比例粉体实验＞
[表5]
(实施例D4)
根据表1所示的配方，分次将100重量份的TiO2-A加入100重量份的Silicone-D搅拌，使每次加入TiO2-A前，材料皆均匀混合，在室温下以同一方向搅拌10-15分钟，使TiO2均匀分散于高分子胶材中，接着将混合均匀的复合封装材料放入抽真空仪器中以进行脱泡，抽真空状态在室温的状态下维持直到复合封装材料中不存在气泡。
(实施例D5)
除了根据表1所示的配方，改变TiO2-A的添加量之外，以与实施例D4相同的方式调制。
实验组5中比较加入高比例TiO2的实施例。实施例D4加入了100重量份的TiO2-A，实施例D5中加入了120重量份的TiO2-A。实施例D4-D5的(log(η0)/log(η∞))值皆落在1.5以上。其中，实施例D5的(log(η0)/log(η∞))相较于实施例D4有所下降，这是由于黏度量测数值正常跳动导致。
接着参照图5。图5为不同实施例及比较例在常温下(25℃±5℃)的对数黏度(log(η))与剪切率的对数(log(γ))的关系图，图中，「η0」为常温下，剪切率(γ)为1×10-3s-1时复合封装材料的黏度；「η∞」为常温下，剪切率(γ)为1×102s-1时复合封装材料的黏度。其中，线D3为实施例D3的log(η)-log(γ)图，线C5为实施例C5的log(η)-log(γ)图，线A2为实施例A2的log(η)-log(γ)图，线B4为实施例B4的log(η)-log(γ)图，线B0为比较例B0的log(η)-log(γ)图。可以看到本案所揭露复合封装材料的黏度随着剪切率的上升而下降，且(log(η0)/log(η∞))落在1.1-2.5的范围。相对于此，不包含本案所揭露特定黏度改质剂的比较例B0的黏度在不同剪切率下几乎不变，且(log(η0)/log(η∞))大约为1。另外，在剪切率(γ)为1×102s-1时，本案所揭露复合封装材料的黏度与比较例B0的黏度相差不大。
由以上实施例及比较例能够看出本案所揭露的复合封装材料具有抗沉降效果且能自行形成透镜状，同时也能保持其加工性。
在本揭露中，通过在封装材料中加入黏度改质剂，且所述黏度改质剂具有能与封装材料中高分子胶材形成非共价作用力的官能基团，使复合封装材料呈缠绕网状结构，在非受力的状态下具有较高的黏性，以维持其形状，并避免封装材料中荧光粉的沉降。
此外，本案所揭露的复合封装材料在受力状态下，黏度会降低，使其具有良好的加工性，能够在点胶等封装制程中顺利使用。
以上概述数个实施例或示例之部件，以便在本发明所属技术领域中具有通常知识者可更易理解本发明实施例的观点。在本发明所属技术领域中具有通常知识者应理解，他们能以本发明实施例为基础，设计或修改其他制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同之目的及/或优势。在本发明所属技术领域中具有通常知识者也应理解到，此类等效的制程和结构并无悖离本发明的精神与范围，且他们能在不违背本发明之精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。
符号说明
10:高分子胶材
20:黏度改质剂
30:非共价作用力
40:光学装置
410:封装基板
420:发光二极管芯片
430:封装材料
50:光学装置
510:封装基板
520:发光二极管芯片
530:封装材料
531:高分子胶材
533:荧光粉
60:点胶针筒
A2:线
B0:线
B4:线
C5:线
D3:线
H:高度
W:宽度

Claims (19)

1.一种复合封装材料，包括：
(A)高分子胶材；以及
(B)黏度改质剂，其中该黏度改质剂(B)具有能与该高分子胶材(A)形成非共价作用力的官能基团；
其中，在常温的状态下，所述复合封装材料在剪切率为1×10-3s-1时的对数黏度(lo g(η0))，与所述复合封装材料在剪切率为1×102s-1时的对数黏度(lo g(η∞))之比值(lo g(η0)/lo g(η∞))为1.1-2.5。
2.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述复合封装材料呈网状缠绕结构。
3.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述非共价作用力包括凡得瓦力、氢键、离子键、疏水作用力、或上述的组合。
4.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述高分子胶材(A)具有硅氧烷键或碳氢键、或其组合。
5.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述高分子胶材(A)包括硅氧树脂、环氧树脂、氟树脂、或上述的组合。
6.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述黏度改质剂(B)的该官能基团包括-OH、＝NH、-NH2、卤基、碳氢链、或上述的组合。
7.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述黏度改质剂(B)包括高分子材料、纳米材料、或上述之组合。
8.如权利要求7所述的复合封装材料，其中所述高分子材料包括聚酰胺蜡、有机膨润土、氢化蓖麻油、或上述的组合。
9.如权利要求7所述的复合封装材料，其中所述纳米材料的粒径为1nm-500nm。
10.如权利要求7所述的复合封装材料，其中相对于100重量份的所述高分子胶材(A)，所述纳米材料为0.1-130重量份(Wt％)。
11.如权利要求7所述的复合封装材料，其中所述纳米材料包括发光材料、非发光材料、或上述的组合。
12.如权利要求11所述的复合封装材料，其中所述发光材料包括量子点。
13.如权利要求11所述的复合封装材料，其中所述非发光材料包括TiO2、SiO2、Al2 O 3、或上述的组合。
14.如权利要求7所述的复合封装材料，其中相对于100重量份的所述高分子胶材(A)，所述高分子材料为1-100重量份(Wt％)。
15.如权利要求1所述的复合封装材料，其中所述复合封装材料更包括荧光粉。
16.一种光学装置，包括如权利要求1-15中任一项所述的复合封装材料。
17.如权利要求16所述的光学装置，其中光学装置更包含一发光单元，所述复合封装材料覆盖该光学装置的该发光单元。
18.如权利要求16所述的光学装置，其中所述光学装置更包含一光学单元，所述光学单元由所述复合封装材料所形成。
19.如权利要求18所述的光学装置，其中所述光学单元为一透镜。
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