CN1549355A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管及其制造方法，该方法是将发光材料(如：荧光粉或磷光粉)与纳米尺度(如：1－500nm)的复合无机粉体等材料，均匀混合入一胶体(如：环氧树脂)中，形成一混合物。将该混合物涂布或镀于发光二极管晶粒的表面或周围，混合物中的发光材料被发光二极管晶粒所产生的紫外光光子激发，产生可见光。而混合物中悬浮在胶体内的复合无机粉体，则可反射其余未能直接激发该发光材料的紫外光光子，并在反射过程中，再度激发该发光材料，产生可见光。因此，本发明的混合物可令该发光二极管晶粒所散射出的紫外光光子，与该发光材料充分地发生作用，以在该发光二极管晶粒的表面或其周围，发射出更明亮的可见光，并大幅减少紫外光的产生。

Description

发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，以下简称LED)，是一种由半导体材料所制成的元件，因为能将电能转换为光，所以属于一种微细的固态光源，不但具备体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快及耐震性特佳，且能配合轻、薄、短、小的设计需求，被普遍应用于日常生活的各式产品中。

发光二极管的种类繁多，依其发光波长，大致可区分为可见光与不可见光两类，其中可见光的发光二极管，主要是以显示用途为主，并以亮度1烛光(cd)作为一般LED及高亮度LED的分界点，一般LED是广泛应用于各种室内显示产品上，高亮度LED则适合于户外显示的产品上，如：汽车第三煞车灯、户外资讯看板及交通号志等。至于不可见光LED，如：红外线LED，则是应用在家电用品遥控器、工厂自动检测、影印纸张尺寸检知、自动门及自动冲水装置控制等装置上。

目前，波长为350-400nm的紫外光发光二极管(UV Light emitting diode，简称UVLED)的生产与应用正在迅速发展中，该种发光二极管主要是利用所产生的紫外光光子，激发其上所涂布的荧光或磷光粉体，以将紫外光转换成为不同颜色的可见光，并藉由调整红、绿、蓝色荧光或磷光粉体的配方，以令其在适当的比例条件下，以产生白光。就目前的技术而言，由紫外光发光二极管所衍生出的白光发光二极管，其亮度已可达60lm/W，预计2010年时，将可高达100lm/W-120lm/W，因此，在拥有120lm/W亮度的优势下，白光发光二极管将有良好的机会取代日光灯(其亮度约为120lm/W)及白炽灯(其亮度约为10lm/W)，作为室内外照明的明日之星。

白光发光二极管具有体积小、发热量低(无热辐射)、耗电量低(低电压及低电流启动)、寿命长(10,000小时以上)、反应速度决(可高频操作)、耐震耐冲击性强、环保相容性佳(废弃物可回收、无污染)及可平面封装经薄短小)等优点，除可应用于照明领域，如：携带式手电筒、指示灯及显示器背光光源等装置上外，未来十年内，预料将被普遍应用于汽车及室内外照明等场所。由于，应用于照明的白光LED较现行光源寿命提高5倍以上，故可取代目前的日光灯管，且充分解决废弃灯管的含汞环保问题。

查，一般所谓的紫外光线，可区分为A射线(Ultraviolet-A rays，以下简称UVA)、B射线(Ultrayiolet-Brays，以下简称UVB)及C射线(Ultraviolet-Crays，以下简称UVC)等三种，其中UVA可再被细分为长波UVA及短波UVA，UVC则很少会落到地面，只有UVA和UVB会对我们有影响。根据医学研究得知，即时地被UVA、UVB照射到，不仅能使皮肤发红、变黑、脱皮或发痒，若长期被UVA、UVB照射，更会使皮肤逐渐变干，并令皮肤色素沉淀，出现雀斑。此外，皮肤的新陈代谢速度亦会减慢区，而逐渐堆积的死皮将使皮肤变得组糙，并令胶质流失，使皮肤失去弹性、松弛、老化或出现皱纹，同时增加了罹患皮肤癌的机会。

以紫外光激发荧光或磷光粉体为白光发光二极管中的一种发光方式，然而，由于发光二极管上所涂布的荧光或磷光粉体的颗粒大小仅约1-20微米，因此，二极管所产生的紫外光光子，经常在未对荧光或磷光粉体产生激发作用前，即已外漏，而外漏的紫外光波长350-400nm恰巧在UVA波段的范围内(320-400nm)，由于，UVA波段的紫外光已被证实是导致人体皮肤老化及皮肤癌的元凶，尤其是，累积性的伤害其效果最为可怕。因此，若未能事先加以防范，届时，白光发光二极管普遍被应用于日常生活时，人体皮肤将因经常曝露在UVA波段紫外光的照射环境下，而遭致重大伤害。

因此，如何研发出一种发光二极管晶粒，可发射出更明亮白光，并可减少或避免其向外辐射出紫外光光子，以避免紫外光直接对人体皮肤造成伤害，实是目前刻不容缓的一重要课题。

有鉴于前述传统白光发光二极管的诸多缺失，发明人经过长久努力研究与实验，终于开发设计出本发明的一种发光二极管及其制造方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，而提供一种可制作出高亮度且无紫外光污染的发光二极管及其制造方法。

本发明的发光二极管及其制造方法是由如下技术方案来实现的。

一种发光二极管，其特征是：于发光二极管晶粒的表面或其周围设有由发光材料、复合无机粉体共同且均匀地混合入一胶体中所形成的混合物的涂覆层，其中该复合无机粉体，是包括至少一种无机粉体与至少一种绝缘性氧化物，该等无机粉体是具纳米尺度，且在被紫外光照射下可分解出能自由移动的电子和空穴；该等绝缘性氧化物，其尺度比各该无机粉体更小，是覆盖于各该无机粉体的表面。

除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容：

其中该复合无机粉体的粒径微小，且混合入该胶体中，并涂布于发光二极管晶粒上时，呈现无色透明状态，且具有有效地反射紫外光光子，而令约85％的可见光光子穿透的特性。

其中该无机粉体的粒径，为1-500nm的纳米尺度。

其中各该绝缘性氧化物的粒径，为0.1-50nm的纳米尺度。

其中该发光材料的成分，是荧光粉体。

其中该发光材料的成分，是磷光粉体。

其中该发光材料的成分，是由该荧光粉体与磷光粉体，依一定比例相互混合而成。

其中该胶体的成分，是该复合无机粉体及该发光材料均匀胶合在一起的透明胶合材料。

本发明还提供一种用于权利要求1所述的发光二极管的制造方法。

一种用于权利要求1所述的发光二极管的制造方法，该发光二极管的主要材料是包括一发光材料、一纳米尺度的复合无机粉体及一胶体，其特征是：该制造方法包括下列步骤：

首先，将该复合无机粉体与该发光材料，分别加入该胶体中；

而后，将该复合无机粉体、该发光材料及该胶体，均匀地混合成一混合物：

最后，依实际需要，取适量的该混合物，涂布或镀于发光二极管晶粒的表面或其周围上；

待该混合物被涂布或镀于发光二极管晶粒的表面或其周围后，该混合物中的该发光材料，可被该发光二极管晶粒所产生的紫外光光子激发，产生可见光，而该混合物中悬浮在该胶体内的该复合无机粉体，则可反射其余未能直接激发该发光材料的紫外光光子，并令其有机会在反射过程中，再度激发该发光材料，产生可见光。

该发光二极管制造方法，除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容：

其特征是：其中该复合无机粉体的混合比例约为1-40Wt％。

其中该发光材料的混合比例为1-40Wt％。

其中该胶体的混合比例为2-98wt％。

本发明的主要技术是将纳米尺度的复合无机粉体，均匀地混入具有荧光粉体或磷光粉体的胶体中，形成一混合物，并将该混合物涂布或镀于发光二极管晶粒上，使该发光二极管晶粒所产生的紫外光光子，可激发荧光粉体或磷光粉体，而产生可见光，而该混合物中悬浮在该胶体内的该复合无机粉体，则可反射其余未能直接激发该发光材料的紫外光光子，并令其有机会在反射过程中，再度激发该发光材料，产生可见光。因此，本发明的混合物可令该发光二极管晶粒所散射出的紫外光光子，与该发光材料充分地发生作用，以在该发光二极管晶粒的表面或其周围上，发射出更明亮的白光，并大幅减少了紫外光的产生，以避免人体皮肤受到紫外光的伤害。

本发明的显著效果如下：

发光二极管晶粒所发出的紫外光光子，能充分与其上所涂布的荧光粉体或磷光粉体产生作用，以避免未作用的紫外光光子，直接辐射至大气，而对人体皮肤造成伤害。

兹为对本发明的目的、形状、构造装置特征及其功效，做更进一步的认识与了解，兹举实施例配合附图详细说明如下：

附图说明

图1是本发明的平面示意图。

图2是本发明的复合无机粉体其穿透比与波长的关系图。

图3是本发明的制造流程图。

具体实施方式

本发明是一种发光二极管及其制造方法，请参阅图1所示，其是将发光材料2与纳米尺度(nanometer，简称nm)的复合无机粉体1等材料，共同且均匀地混合入一胶体3中，形成一混合物，使该混合物被涂布或镀于发光二极管晶粒4的表面或其周围后，该混合物中的该发光材料2可被该发光二极管晶粒4所产生的紫外光光子5激发，产生可见光，而该混合物中悬浮在该胶体3内的该复合无机粉体1，则可反射其余未能直接激发该发光材料2的紫外光光子5，并令其有机会在反射过程中，再度激发该发光材料2，产生可见光。

由于本发明的混合物，可令该发光二极管晶粒4所散射出的紫外光光子5，与该发光材料2充分地发生作用，因此，藉由本发明，即可令该发光二极管晶粒4的表面或其周围上，发射出更明亮的白光，并且大幅减少了紫外光的外漏，以避免人体皮肤受到紫外光的伤害。

本发明中，复请参阅图1所示，各该复合无机粉体1是包括至少一种无机粉体11(如：氧化锌、二氧化钛等)与至少一种绝缘性氧化物12(如：二氧化硅、三氧化二铝)，其中该等无机粉体11是具纳米尺度(其粒径介于1-500nm，但以5-200nm为最佳)，且在被紫外光照射下可分解出能自由移动的电子和空穴，至于该等绝缘性氧化物12，其尺度更小(其粒径介于0.1-50nm，但以2-25nm为最佳)，是被覆盖于各该无机粉体11的表面。

然而，为何于各该无机粉体11的表面，必须覆盖该等绝缘性氧化物12呢？是因该无机粉体11经紫外光照射后可分解出能自由移动的电子和空穴，此一情形，其会使缪体3中的有机物质发生氧化反应而变质，因此，本发明于具纳米尺度的无机粉体11(如：氧化锌、二氧化钛等)的表面上，再覆盖尺度更小的绝缘性氧化物12(如：二氧化硅、三氧化二铝等)，将可有效降低该无机粉体11分解出能自由移动的电子和空穴数目。

于前文中曾提及，该混合物被涂布或镀于一发光二极管晶粒4的“表面”上或其“周围”，是指该混合物不仅可直接涂布或镀于一发光二极管晶粒4的表面上，若该发光二极管晶粒4是被封装于—塑胶壳体上(关于发光二极管晶粒4如何被封装的技术，非本专利的重点，故在此不多加赘述)时，亦可将该混合物涂布或镀于该塑胶壳体上，使该混合物中的该发光材料2，可被该发光二极管晶粒4所产生的紫外光光子5激发，产生可见光。

在本发明中，复请参阅图1所示，该复合无机粉体1主要为氧化锌、二氧化钛，或为氧化镁、高岭土、硫酸钙或滑石粉......等的化合物，亦可为包含氧化锌、二氧化钛、氧化镁、高岭土、硫酸钙、及滑石粉等化合物依一定比例混合而成的一混合物，在本发明的一较佳实施例中，该混合物可为一由氧化锌与二氧化钛混合而成的混合物，但，本发明所主张的权利范围，并不局限于此，凡熟悉该项技艺人士，依据本发明所揭露的技术内容，利用其它复合无机粉体所混合而成的混合物，如：利用氧化锌与二氧化钛，或二氧化钛、氧化镁及高岭土，或硫酸钙与滑石粉，或二氧化钛与滑石粉.......等化合物，依一定组合比例，混合而成的混合物，均是以下本发明所指的混合物。该等复合无机粉体1具有粒径微小，且混合入该混合物中，并涂布于发光二极管晶粒4上时，可呈现无色透明状态，以有效反射紫外光光子，并令约至少85％以上的可见光光子穿透该混合物的特色。

在本发明中，复请参阅图1所示，该发光材料2的成分可为荧光粉体或磷光粉体，其中该荧光粉体或该磷光粉体的颜色，可包括红色、绿色以及蓝色，或包括蓝色与黄色，或任何可被该紫外光光子5所激发，因而产生白光的荧光粉体或磷光粉体均可，至于该胶体3的成份，是为可令该复合无机粉体及该发光材料均匀胶合在一起的透明胶合材料，如：环氧树脂(Epoxy Resin)。

在本发明的一较佳实施例中，请参阅图1、2所示，根据发明人的实验结果得知，如采用纳米尺度(如：1-500nm)的复合无机粉体1(如氧化锌上覆盖二氧化硅或二氧化钛上覆盖三氧化二铝)，其粒径微小，因此，将其混合入该混合物中，并涂布于发光二极管晶粒4上时，是呈现无色透明状态，以有效地反射紫外光光子5，并令约85％的可见光光子穿透过(如图2所示)；但反之，若使用较大的微米尺度的复合无机粉体1，则因为透明度变差，将导致发光二极管晶粒4的亮度衰减，因此，“复合无机粉体1的粒径大小”与“亮度”间，有着一定的相对关系。故，为令达到最佳的功效，该复合无机粉体1、该发光材料2与该胶体3可依下列步骤及一定的混合比例，请参阅图3所示，制作出本发明的该混合物：

(101)首先，将I-40wt％(重量百分比)具纳米尺度(1-500nm)的复合无机粉体1(如：氧化锌、二氧化钛)，与1-40wt％的发光材料2(如：荧光粉或磷光粉)，共同加入于20-98wt％的胶体3(如：环氧树脂)中；

(102)将该复合无机粉体1、该发光材料2及该胶体3，均匀地混合成一混合物；

(103)最后，再依实际需要，取适量的该混合物，涂布于发光二极管晶粒4的表面或其周围，即可形成本发明的发光二极管结构。

依循上述的步骤及一定的混合比例，即可令该混合物呈现无色透明状态，而令约85％(如图1、2所示)的可见光光子穿透过，并可有效地反射紫外光光子5，故，该结构不仅可令发光二极管晶粒4发射出更加明亮的白光，并可减少或避免其所产生的紫外光光子5，直接向外辐射而照射于人体皮肤的现象。

以上所述，仅为本发明最佳的一具体实施例，但本发明的制造步骤及构造特征，并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，依据本发明所揭露的技术内容，添加入其它可轻易思及的化合物(如：快干剂、硬化剂、光扩散剂、抗沉淀剂、色料，或其它溶剂等)，皆涵盖在本案的权利要求范围中。

Claims (12)

1、一种发光二极管，其特征是：于发光二极管晶粒的表面或其周围设有由发光材料、复合无机粉体共同且均匀地混合入一胶体中所形成的混合物的涂覆层，其中该复合无机粉体，是包括至少一种无机粉体与至少一种绝缘性氧化物，该等无机粉体是具纳米尺度，且在被紫外光照射下可分解出能自由移动的电子和空穴；该等绝缘性氧化物，其尺度比各该无机粉体更小，是覆盖于各该无机粉体的表面。

2、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：其中该复合无机粉体的粒径微小，且混合入该胶体中，并涂布于发光二极管晶粒上时，可呈现无色透明状态，且具有可有效地反射紫外光光子，而令约85％的可见光光子穿透的特性。

3、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：其中该无机粉体的粒径，为1-500nm的纳米尺度。

4、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：其中各该绝缘性氧化物的粒径，为0.1-50nm的纳米尺度。

5、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：其中该发光材料的成分，是荧光粉体。

6、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：其中该发光材料的成分。是磷光粉体。

7、根据权利要求5或6所述的发光二极管，其特征是：其中该发光材料的成分，是由该荧光粉体与磷光粉体，依一定比例相互混合而成。

8、根据权利要求1所述的发光二极管，其特征是：其中该胶体的成分，是该复合无机粉体及该发光材料均匀胶合在一起的透明胶合材料。

9、一种用于权利要求1所述的发光二极管的制造方法，该发光二极管的主要材料是包括一发光材料、一纳米尺度的复合无机粉体及一胶体，其特征是：该制造方法包括下列步骤：

首先，将该复合无机粉体与该发光材料，分别加入该胶体中；

而后，将该复合无机粉体、该发光材料及该胶体，均匀地混合成一混合物：

最后，依实际需要，取适量的该混合物，涂布或镀于发光二极管晶粒的表面或其周围上；

待该混合物被涂布或镀于发光二极管晶粒的表面或其周围后，该混合物中的该发光材料，可被该发光二极管晶粒所产生的紫外光光子激发，产生可见光，而该混合物中悬浮在该胶体内的该复合无机粉体，则可反射其余未能直接激发该发光材料的紫外光光子，并令其有机会在反射过程中，再度激发该发光材料，产生可见光。

10、根据权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征是：其中该复合无机粉体的混合比例约为1-40Wt％。

11、根据权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征是：其中该发光材料的混合比例为1-40Wt％。

12、根据权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征是：其中该胶体的混合比例为2-98wt％。