TWI496871B - 製造螢光體的方法及包含此螢光體的發光裝置 - Google Patents

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Description

製造螢光體的方法及包含此螢光體的發光裝置
本發明係關於一種製造螢光體的方法及一種包含上述方法所製造的螢光體的發光裝置。
化合物半導體材料的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)可用來建構發光光源;例如,以砷化鎵(GaAs)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、及磷化銦鋁鎵(InGaAlP)等為基質的化合物半導體。此類發光二極體經過封裝後,成為可發出各種顏色的發光裝置,而此類發光裝置現已逐漸做為許多用途的光源,例如:彩色的照明指示器、特徵指示器、及影像顯示器。
根據本發明的一方面,一實施例提供一種製造螢光材料的方法,其包括下列步驟:將一螢光材料放入一第一溶液,並攪動該螢光材料及該第一溶液;將一具有奈米尺寸的奈米螢光材料放入該第一溶液,並攪動該具有奈米尺寸的奈米螢光材料及該第一溶液;及自該含有該螢光材料的該第一溶液分離出上澄液,並乾燥該螢光材料。
該第一溶液選自去離子水、乙醇、丙酮、甲醇、及異丙醇中的至少一者。
在將該螢光材料放入該第一溶液並攪動該螢光材料及該第一溶液的步驟之前,此方法更包括:加熱並攪動該第一溶液,直到該第一溶液的溫度達到一預定的溫度。
將該螢光材料放入該第一溶液並攪動該螢光材料及該第一溶液的步驟更包括:加熱並攪動該第一溶液,使得該第一溶液的溫度不低於一預定的溫度。
根據本發明的另一方面,另一實施例提供一種發光裝置,其包含:一主體;一發光單元,其設置於一腔室內,該腔室形成於該主體內;一樹脂,其形成於該腔室內;及一第一螢光材料,其添加於該樹脂內;其中,一具有奈米尺寸的奈米螢光材料吸附於該第一螢光材料中。
以下將參照相關的圖示,詳細敘述本發明之實施例。在實施例的說明中,所揭露的項目用以決定本發明的精神與範圍。本發明的精神包含藉由對各實施例的零組件施以增減或變化等的修飾,都應視為本發明的進一步實施狀況。
圖1為根據本發明的發光裝置之結構示意圖。請參照圖1,一發光裝置100包含一封裝體110,一發光單元120,一樹脂125,及複數個導線架(lead frame)132和134。
該封裝體110係以注射鑄造(injected-mold)成預定的形狀,其組成材料選自聚鄰苯二甲醯胺(Polyphthalamide,PPA)、液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer,LCP)、對位性聚苯乙烯(Syndiotactic polystyrene,SPS)中的至少一者。一具有固定深度的腔室115形成於該封裝體110的上半部112內。該腔室115的周側可以是傾斜的,相對於該腔室115底面的垂直軸傾斜一預定的角度。
該等導線架132和134水平設置於該封裝體110內。該腔室115為具有反射性的杯形,形成於該封裝體110的上半部112。
該等導線架132和134顯露於該腔室115的內部,且互相電性分離。該等導線架132和134的兩端顯露於該封裝體110的外部以作為電極。反射性的材料可以塗覆在該等導線架132和134的表面上。
該發光單元120可以晶粒黏合(die-bonded)於該等導線架中的第一導線架132。該發光單元120藉由導線122連接至該等導線架的第一導線架132及第二導線架134。
該發光單元120可以是相當於有顏色的發光二極體中的至少一者;例如,選自紅色發光二極體、綠色發光二極體、藍色發光二極體、及紫外線(UV)發光二極體中的至少一者。
該樹脂125形成於該腔室115內。該樹脂125包含透明的矽材料或環氧樹脂材料。螢光材料140添加入該樹脂125內,該螢光材料140可以是相當於矽酸鹽為基質的螢光材料;特別地,複數個奈米尺寸的螢光材料又形成於該螢光材料140的部份表面上。
一凸透鏡可以形成於該樹脂125上。用以保護該發光單元120的保護元件,例如齊納二極體(Zener diode),可以設置於該等導線架132和134上。
該添加於該樹脂125的螢光材料140可能包含許多裂隙200,其形成於該螢光材料140的表面(如圖2所示)。在習知的螢光材料製造方法中,螢光材料表面可能形成複數個裂隙,但其被壓入該表面一預定的深度。當內部形成有此類裂隙的螢光材料添加入該樹脂125內,該發光單元120所發出的光將會被此裂隙不規則地散射,而使光特性變差。
該奈米尺寸的螢光材料添加入該內部具有此裂隙的螢光材料140內,使得該奈米尺寸的螢光材料或粉末(以下將簡稱為奈米螢光材料)將會充填該等裂隙。也就是如圖3所示,球形的奈米螢光材料300將會塗覆或充填於該螢光材料140表面所形成的裂隙;因此,可以減少該裂隙所造成的光散射。該奈米螢光材料300可以是以熱噴霧分解(thermo spray decomposition)法所製作。
具有與該螢光材料140相同顏色與品質的該奈米螢光材料300可能是奈米粒子,能夠均勻平坦地充填該螢光材料140的不規則結構。該奈米螢光材料300可能包含矽酸鹽為基質的螢光材料,其同於螢光增白劑(fluorescer);例如,SrBaSiO:Eu。當採用與該螢光材料140相同材料組成及相同方式的奈米螢光材料300,該奈米螢光材料300及該螢光材料140會藉由凡得瓦力(van der vals force)互相黏附。因此,發光效率可提升最多20%至30%。
根據本發明的一實施例,以下將詳細描述該球形的奈米螢光材料300及塗覆該奈米螢光材料300於該螢光材料140表面(特別是該等裂隙)的方法。
圖4至8為根據本發明實施例的螢光材料製造方法的流程結構示意圖。請參照圖4,儲裝有溶液的燒杯430置於攪拌器410上。去離子水溶液401及磁棒420放入該燒杯430中,再啟動該攪拌器410。
該磁棒420可以不另用構件使之固定;例如,其旋轉軸。旋轉該磁棒420的攪拌器410並未接觸到該磁棒420;該攪拌器410可以是磁攪拌器,自外界施以磁力來旋轉該磁棒420。此時,該磁攪拌器藉由轉動的電磁場來產生旋轉的磁力。當所產生的磁力向外起作用,則該攪拌器外部的磁性體(磁棒)將受到該磁力的作用而旋轉。
在該去離子水401及磁棒420放入該燒杯430之後,該攪拌器410開始動作。此時,加熱並攪動該去離子水401及磁棒420,直到該去離子水401的溫度達到一預定的溫度。該預定的溫度必須約為攝氏50度。在此實施例中,該去離子水401亦可以是乙醇、丙酮、甲醇、異丙醇(isopropyl alcohol)、或其類似物。此外,更多不同的溶液亦可以依據此實施例而使用。
接著如圖5所示,100公克的螢光材料510放入該去離子水401中,並另再攪動約30分鐘。此時,必須加熱並攪動該去離子水401及該螢光材料510,使得該去離子水401的溫度不會低於該預定的溫度(大約攝氏50度)。
該螢光材料510可以是由矽酸鹽為基質的材料所組成,且平均的粒子直徑為15μm。然而,該螢光材料510的尺寸及種類可以依據螢光材料的製造方法而有不同的變化,在此不予詳細描述。該去離子水401及該螢光材料510係混合於該燒杯430中。
如圖6所示,奈米螢光材料610放入該燒杯430中並加以攪動。該奈米螢光材料610係由尺寸為100nm至400nm的螢光材料所組成。經由一種熱噴霧分解處理(thermo spray decomposition process),可以形成具有奈米尺寸的奈米螢光材料。倘若該奈米螢光材料610的尺寸小於100nm,則其發光特性可能會變差。特別是,該奈米螢光材料610的螢光材料成份與上述的螢光材料510具有相同的顏色。例如,當該螢光材料510為黃色的矽酸鹽螢光材料,該奈米螢光材料610也是該黃色的矽酸鹽螢光材料。這使得添加該螢光材料510的樹脂所發出的光具有相同的顏色,因為該奈米螢光材料610係塗覆於該螢光材料510的表面。
根據此實施例,10公克的該奈米螢光材料610放入該燒杯430中。此時,不僅該奈米螢光材料300的奈米尺寸粉末緩緩放入該燒杯430,而且一預定量的醋酸也放入該燒杯430中。例如,1毫升的醋酸連同該奈米螢光材料610一起放入該燒杯430中。該燒杯430中溶液的溫度不應該等於或低於一預定的溫度,其較佳溫度約為攝氏50度。上述的攪動進行大約一小時。操作人員在檢查該燒杯430時,必須檢視其中螢光材料的分布情形。
以上放入醋酸的原因,是藉由酸蝕去該螢光材料510粗糙的表面,使得該奈米螢光材料610能充分地吸附於該等裂隙中。任何足以蝕刻該螢光材料510表面的溶液及該醋酸,皆可以依據此實施例而多樣的運用。
如圖7所示,關掉該攪拌器410的加熱器,則該燒杯430中溶液的溫度將會下降。當該燒杯430中溶液的溫度達到約攝氏20度,10%的硫酸鋅溶液放入該燒杯430,並再多攪動約一小時。以上放入硫酸鋅溶液的原因,是藉由離子化該燒杯430中的溶液,增加該溶液中粒子之間的靜電力,使得該奈米螢光材料610能較佳地吸附於該螢光材料510的表面。
經過一段預定的時間(大約一小時)之後,關掉該攪拌器410並檢視該溶液的分布狀態,也就是檢視該螢光材料上的上澄液(supernatant)是否變得清澈透明。
如圖8所示,檢視該上澄液810是否變得清澈透明,且攪動的時間可依據該上澄液810的透明度而增加或減少。倘若該上澄液810變得透明(此透明度可以視實施狀況或操作人員而有不同的決定),這表示該奈米螢光材料610充分地吸附於該螢光材料510的表面。藉此,該上澄液810可以自該包含螢光材料的溶液820中分離出。此處可以藉由迴轉幫浦(rotary pump),自該包含螢光材料的溶液820中分離出該上澄液810。經過分離之後,乾燥該包含螢光材料的溶液820。
因此,完成吸附該奈米螢光材料610的螢光材料510的製作。所製作的螢光材料510相當於如圖1所示的螢光材料140。由該發光單元120所發出的光行經表面粗糙度大幅減低的螢光材料,藉此而減少因光散射所致的發光效率降低。
唯以上所述者,包含:特徵、結構、及其它類似的效果,僅為本發明之較佳實施例,當不能以之限制本發明的範圍。此外,本發明可以不同的方式進行修改或變動,但並不因此而脫離本發明的基本特徵。例如,各實施例所使用的元件或單元,可為該領域所屬的技藝人士進行修改及實現,仍將不失本發明之要義。
100...發光裝置
110...封裝體
112...上半部
115...腔室
132...第一導線架
134...第二導線架
120...發光單元
122...導線
125...樹脂
140...螢光材料
200...裂隙
300...奈米螢光材料
401...去離子水溶液
420...磁棒
510...螢光材料
610...奈米螢光材料
810...上澄液
820...溶液
圖1為本發明的發光裝置之結構示意圖。
圖2為裂隙形成於螢光材料表面的示意圖。
圖3為根據本發明實施例之該奈米螢光材料吸附於該螢光材料表面裂隙的示意圖。
圖4至8為根據本發明實施例的螢光材料製造方法的流程結構示意圖。
100...發光裝置
110...封裝體
112...上半部
115...腔室
132...第一導線架
134...第二導線架
120...發光單元
122...導線
125...樹脂
140...螢光材料

Claims (18)

  1. 一種製造螢光材料的方法,其包括下列步驟:將一包含至少一裂隙的螢光材料放入一第一溶液,並攪動該螢光材料及該第一溶液;將一具有奈米尺寸的奈米螢光材料放入該第一溶液,並攪動該具有奈米尺寸的奈米螢光材料及該第一溶液,使得該奈米螢光材料被吸附於該至少一裂隙中;及自該被攪動後的該第一溶液分離出上澄液(supernatant),並乾燥該螢光材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中該第一溶液選自去離子水、乙醇、丙酮、甲醇、及異丙醇中的至少一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,在將該螢光材料放入該第一溶液並攪動該螢光材料及該第一溶液的步驟之前,更包括:加熱並攪動該第一溶液,直到該第一溶液的溫度達到一預定的溫度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中將該螢光材料放入該第一溶液並攪動該螢光材料及該第一溶液的步驟更包括:加熱並攪動該第一溶液,使得該第一溶液的溫度不低於一預定的溫度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之製造螢光材料的方法,其 中該預定的溫度為攝氏50度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中該奈米螢光材料係以熱噴霧分解法製作。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中將該奈米螢光材料放入的步驟包括:將醋酸及該奈米螢光材料放入。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製造螢光材料的方法,其中在將該醋酸及該奈米螢光材料放入的步驟之後,更包括:加熱並攪動該第一溶液,使得該第一溶液的溫度不低於一預定的溫度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中在將該具有奈米尺寸的奈米螢光材料放入該第一溶液並攪動該具有奈米尺寸的奈米螢光材料及該第一溶液的步驟之後,更包括:將一硫酸鋅溶液放入該第一溶液,並加以攪動。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中該奈米螢光材料包括與該螢光材料相同的材料。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之製造螢光材料的方法,其中該奈米螢光材料的尺寸為100nm至400nm。
  12. 一種發光裝置,其包括:一主體,包含一腔室;一發光單元,其設置於該腔室內;一樹脂,其形成於該腔室內;及 一第一螢光材料,其包含至少一裂隙並添加於該樹脂內;其中,一具有奈米尺寸的奈米螢光材料吸附於該第一螢光材料的該至少一裂隙中。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置,其中該奈米螢光材料係由一第二螢光材料所組成,該第二螢光材料具有與該第一螢光材料相同的顏色。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置,其中該奈米螢光材料的尺寸為100nm至400nm。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置,其中該主體的組成材料選自聚鄰苯二甲醯胺(Polyphthalamide,PPA)、液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer,LCP)、對位性聚苯乙烯(Syndiotactic polystyrene,SPS)中的至少一者。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置,其中該發光單元選自紅色發光二極體、綠色發光二極體、藍色發光二極體、及紫外線發光二極體中的至少一者。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置,其中該樹脂包含透明的矽材料或環氧樹脂材料。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置,其中一凸透鏡形成於該樹脂上。
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