TWI531094B - And a light-emitting device for a light-emitting device - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種封裝膠，特別是指一種用於發光裝置的封裝膠。
為因應LED產業的快速發展，如何提高發光的效率、亮度、使用壽命，以及降低每單位照明的成本等條件，都是非常重要的市場考量因素。LED整體的發光效能主要受到發光二極體芯片(chip)、封裝形式及封裝膠的影響，目前發光二極體晶片內部發光效率已達90%以上，但LED的整體出光效率(light extraction efficiency)僅達30%，因此，應用於LED的封裝膠必須具備高透光率、高折射率、良好耐熱性、抗濕性、絕緣性、高機械強度、化學穩定性及良好的加工性等，仍有需要進一步改良LED封裝膠的組成及各項物性。
多數LED發光裝置有出光效率不高的問題，主要原因在於LED的發光二極體芯片與封裝膠的折射率差異過大。常見的透明封裝膠，包括環氧樹脂、矽氧烷(silicone)樹脂及尿素(urea)樹脂，其折射率為1.40至1.53，明顯低於折射率為2.5之GaN之發光二極體芯片或折射率為3.45之GaP之發光二極體芯片，使得發光二極體晶片發出的光
通過封裝膠時發生全反射，並使光線侷限在LED封裝結構內部，造成出光效率不佳。為了盡可能提高封裝膠的折射率，常見的方法包括將有機樹脂材料改質，或混合有機及無機材料。
白光LED封裝膠更包含波長轉換光致發光的磷光粒子。於操作時，磷光粒子吸收由芯片放出的一部份輻射，且重新發射一不同波長的輻射，由芯片放出且未被磷光粒子所吸收的光與磷光粒子重新放出的光組合，藉以提供呈現於人眼中的白色光。透過前述原理產生白光的發光裝置需要使用足量的磷光粒子，否則放出的光將難以呈現白色；但光致發光材料係使用稀有金屬燒結而成，價格高昂，且稀有金屬資源日益匱乏，因此，若能在保持良好光色表現及亮度的前提下降低磷光粒子的用量，將是一個極具突破性的發展。
以往白光LED封裝膠的開發概念主要強調抗沉降特性，透過使磷光粒子均勻分散來降低用量並提升光色轉換效率。現階段提升白光LED封裝膠性能的另一途徑是透過添加高折射率的粉體，利用光線碰撞到高折射率粉體時所發生的光學散射的效應，改變芯片所產生的指向性光線行進方向，增加光線與磷光粒子碰撞，進而降低磷光粒子的用量。
台灣專利公開案第201232094號揭示一種波長轉換組份，包含光致發光材料的粒子及光反射材料的粒子。其中，該光反射材料的粒子的粒徑範圍為0.01至10 μ
m，較佳地為100至150 nm。以該芯片是藍光芯片為例，相對於紅光或綠光芯片所散射的量，該光反射材料對於藍光的相對散射程度是近三倍或甚至更多，但相對散射程度提升僅能表示光與光反射材料碰撞的次數增加，仍無法得知用以評價發光裝置之效率的亮度是否可藉以提升。
因此，綜上所述，發展一種可以除了降低磷光粒子使用量之外，更提升發光裝置之亮度的發光裝置封裝膠，就目前產業界而言，是有迫切需求的。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種用於發光裝置的封裝膠。
於是本發明用於發光裝置的封裝膠，包含：一透光樹脂；複數個散射粒子，分散於該透光樹脂，該等散射粒子的粒徑範圍為190至350 nm；及複數個磷光粒子，分散於該透光樹脂。
本發明另提供一種發光裝置，是包括如前所述的用於發光裝置的封裝膠，以及經該封裝膠封裝的發光二極體。
本發明之功效在於：該用於發光裝置的封裝膠含有特定粒徑範圍的散射粒子，當用於發光裝置時，基於光學散射原理，使發光二極體所發出的光與該封裝膠中的磷光粒子及散射粒子的碰撞次數增加，進而使該封裝膠在維持該發光裝置的亮度的前提下，減少螢光粉的用量。
本發明用於發光裝置的封裝膠，包含：一透光樹脂；複數個散射粒子，分散於該透光樹脂，該等散射粒子的粒徑範圍為190至350 nm；及複數個磷光粒子，分散於該透光樹脂。
需提醒的是，當該封裝膠用於發光裝置時，該等散射粒子及磷光粒子是均勻且不沉降地分散在該透光樹脂中。當該發光二極體放出的光子進入該封裝膠中，光子碰到磷光材料會轉變為放出磷光，光子及磷光碰撞到散射粒子時，散射粒子會改變光子及磷光的路徑，提昇光子與磷光粒子的碰撞機率，致使更多的磷光生成及放出。因此，即使該封裝膠的磷光粒子含量少於習知技術，透過該具有特定粒徑範圍的散射粒子的存在提升光子與磷光粒子的碰撞機會，該發光裝置仍可以維持理想的亮度和光色表現。
較佳地，該等散射粒子的粒徑範圍為210至350 nm。
該散射粒子是選用具有高反射率的物種。較佳地，該等散射粒子是選自於二氧化鈦、二氧化矽、氮化硼、氧化鋁、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎂、氧化鐵等，或此等之一組合。更佳地，該等散射粒子是二氧化鈦。
較佳地，以該透光樹脂的重量為100重量份計，該等散射粒子的用量範圍為0.001至0.2重量份。
較佳地，以該透光樹脂的重量為100重量份計，該等散射粒子的用量範圍為0.001至0.1重量份。
該磷光粒子是一任意光致發光的磷光體材料，包含無機或有機磷光體，較佳地，該磷光粒子是選自於正矽酸鹽、氮化物、硫酸鹽、氧氮化物、氧硫酸鹽或釔鋁石榴石(Y3Al5O12：Ce，以下簡稱YAG)。
較佳地，該等磷光粒子的粒徑範圍為5至20 μm。
較佳地，以該透光樹脂的重量為100重量份計，該等磷光粒子的用量範圍為5至30重量份。更佳地，該等磷光粒子的用量範圍為5.2至7重量份。
較佳地，該透光樹脂是熱固性透光樹脂。
較佳地，該透光樹脂可例如但不限於丙烯酸、聚碳酸酯、環氧樹脂，或聚矽氧烷。較佳地，該透光樹脂是聚矽氧烷。
本發明發光裝置，是包括如前所述的用於發光裝置的封裝膠，以及經該封裝膠封裝的發光二極體。
該發光裝置的封裝方式並沒有特別限制，一般的發光二極體封裝方法均可以採用。較佳地，該發光裝置是採用膠杯封裝。
此外，該發光二極體所發出的光在通過該封裝膠後可能透過磷光粒子轉換為一不同色彩的光。較佳地，
該發光二極體可以產生波長為440至480 nm的藍光，配合使用YAG作為磷光粒子，可使該發光裝置放出白光。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
1.透光樹脂：購自於達興材料公司，產品名「LEH016」，為兩液型熱固化聚矽氧烷封裝膠，含有烯基矽油、含氫矽油、白金催化劑、密著促進劑與抗氧化劑，硬化機制為矽氫加成。
2.二氧化鈦(散射粒子)：購自於石原公司，產品名「TTO-55S」。
3. YAG(磷光粒子)：購自於英特美公司，產品名「LYAG540」。
秤取100重量份透光樹脂LEH016、6.3重量份之磷光粒子LYAG540及粒徑為220 nm的0.063重量份的二氧化鈦TTO-55S。將前述各組份以行星式攪拌機均勻混合，攪拌速率為1500轉/分，攪拌時間為5分鐘，製得該製備例1之封裝膠。
製備例2至8的製備方法大致與製備例1相同，不同之
處在於改變散射粒子及磷光粒子的用量，以及散射粒子的粒徑。實施例2至8之配方詳細記載於表1。
比較例1是將100重量份的透光樹脂LEH016與7重量份的磷光粒子LYAG540均勻混合，製備方法與實施例1大致相同，但不含有散射粒子。
比較例2至4的製備方法大致與製備例1相同，不同之處在於改變散射粒子及磷光粒子的用量，以及散射粒子的粒徑。比較例2至4之配方詳細記載於表1。
將前述製備例1至8及比較例1至4之封裝膠分別以點膠製程方式封裝一發光二極體，該發光二極體的發光波長為440至480 nm，封裝完成後進行下列項目之測試。
封裝的具體做法是將封裝膠以行星式攪拌機均勻混合、脫泡後填入膠管，使用氣壓式點膠機將封裝膠注入反射杯中。點膠完畢後，將填充有封裝膠之反射杯放置於升溫的烘箱中使封裝膠熱固化。熱固化程序為：將烘箱由室溫升溫至150℃後維持2.5小時，然後使填充有封裝膠之反射杯自然冷卻，即可使封裝膠完全固化，完成封裝，製得一發光裝置。
1.相對亮度程度測試：使用積分球分別量測各發光裝置的發光亮度及色座
標。以製備例1的發光亮度作為比較基準，其餘製備例之發光亮度與製備例1發光亮度的差值以百分比顯示，即可獲得相對亮度程度。
以製備例2為例，計算方式如下：
由表1可知，比較例1使用7重量份的磷光粒子，且不含有散射粒子，其相對亮度程度為0%。製備例1使用0.063重量份的散射粒子，6.3重量份的磷光粒子，相對亮度程度亦為0%。製備例2至5逐漸提高散射的用量至0.3重量份，並隨著散射粒子用量的提高減少磷光粒子的用量至5.2重量份，相對亮度程度呈現為負值且逐漸遞減，顯示提高散射粒子的用量同時減少磷光粒子的用量會導致亮度降低。
比較例2至4之封裝膠是配合使用0.063重量份的散射粒子及7重量份的磷光粒子，且散射粒子的粒徑為650至1200 nm。由相對亮度程度的測試結果可知，該發光裝置的亮度是隨著散射粒子粒徑的增加而減少。製備例6至8之封裝膠是配合使用0.063重量份的散射粒子及7重量份的磷光粒子，且散射粒子的粒徑為195至350 nm。由相對亮度程度的測試結果可知，該發光裝置的亮度良好。
綜上所述，本發明用於發光裝置的封裝膠透過含有特定粒徑範圍的複數個散射粒子，當用於發光裝置時，基於光學散射原理，發光二極體所放出的光將有更多機會與封裝膠中的磷光粒子及散射粒子碰撞，進而使該發光裝置能夠在不降低該發光裝置亮度的前提下，減少磷光粒子的用量，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與
修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
Claims (11)
- 一種用於發光裝置的封裝膠，包含：一透光樹脂；複數個散射粒子，分散於該透光樹脂，該等散射粒子的粒徑範圍為190至350 nm；及複數個磷光粒子，分散於該透光樹脂。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，該等散射粒子的粒徑範圍為210至350 nm。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，該等散射粒子是選自於二氧化鈦、二氧化矽、氮化硼、氧化鋁、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎂、氧化鐵等，或此等之一組合。
- 如請求項所述的1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，該等散射粒子是二氧化鈦。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，以該透光樹脂的重量為100重量份計，該等散射粒子的用量範圍為0.001至0.2重量份。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，以該透光樹脂的重量為100重量份計，該等散射粒子的用量範圍為0.001至0.1重量份。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，該等磷光粒子的粒徑範圍為5至20 μm。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，以該透光樹脂的重量為100重量份計，該等磷光粒子的用量 範圍為5至30重量份。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，該透光樹脂是熱固性透光樹脂。
- 如請求項1所述的用於發光裝置的封裝膠，其中，該透光樹脂是聚矽氧烷。
- 一種發光裝置，是包括如請求項1至10中任一項所述的用於發光裝置的封裝膠，以及經該封裝膠封裝的發光二極體。
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