TWI228321B - LED structure and manufacturing method - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光 法不僅可令發光二極體晶粒 減少或避免其所產生之紫外 於人體之情形。 一極體之製造方法，該製造方 發射出更加明亮的白光，並可 光光子’直接向外輻射，照射 【先前技術】 發光二極體（Light Eniitting Diode ，以下簡稱led)，係 一種由半導體材料所製成之元件，闵袁处收 、 1衣风I兀仟，因為能將電能轉換為 光，所以屬於一種微細的固態光源，不但具備體積小、壽 命長、驅動電壓低、反應速率快及耐震性之特佳，、且能配 合輕、薄、短、小之設計需求，被普遍應用於日 各式產品中。 0 $ & 發光二極體的種類繁多，依其發光波長，大致可區分 為可見光與不可見光兩類，其中可見光之發光二極體，主 要係以顯示用途為主，並以亮度1燭光（Cd)作為一般 LED及高亮度LED之分界點，一般led係廣泛應用於各&種 室内顯示產品上，高亮度led則適合於戶外顯干夕吝σ 上，如：汽車第三煞車燈、戶外資訊看板及交通號誌=。 至於不可見光LED ’如：紅外線LED，則係應用在家電用品 遙控器、工廠自動檢測、影印紙張尺寸檢知、自動門及自 動沖水裝置控制等裝置上。 目月ϋ，波長為350〜400nm之紫外光發光二極體（υν light emitting diode，簡稱UV LED)之生產與應用正在 迅速發展中’該種發光二極體主要係利用所產生之紫外光

1228321 支月曰 修 _案號 92105348 五、發明說明（2) 光子’激發其上所塗佈之螢光或填光粉體，以將紫外光轉 換成為不同顏色之可見光，並藉由調整紅、綠、藍色榮光 或磷光粉體之配方，以令其在適當之比例條件下，以產生 白光。就目前之技術而言，由紫外光發光二極體所衍生出 之白光發光一極體’其党度已可達60 lm/W，預計2010年 日$ ’將可南達100 lm/W〜120 lm/W ’因此，在擁有1 2 〇 lm/W亮度之優勢下，白光發光二極體將有良好的機會取代 日光燈（其亮度約為120 lm/W)及白熾燈（其亮度約為θ1〇 lm/W)，作為室内外照明之明日之星。 白光發光二極體具有體積小、發熱量低（無熱幅射）、 耗電Ϊ低（低電壓及低電流起動）、壽命長（1 〇，〇 〇 〇小時以 上）、反應速度快（可南頻操作）、财震财衝擊性強、環保 相容性佳（廢棄物可回收、無污染）及可平面封裝（輕薄短 小）等優點’除可應用於照明領域，如：攜帶式手電筒、 指示燈及顯示器背光光源等裝置上外，未來十年内，預料 將被普遍應用於汽車及室内外照明等場所，由於，應用於 照明之白光LED較現行光源壽命提高5倍以上，故可取 代目前之日光燈管，且充分解決廢棄燈管之含汞環保問 題0 查’ 一般所謂之紫外光線，可區分為A射線 (U1 (U1 (U1 可再 面， traviolet-A rays，以下簡稱UVa) 、B射線 traviolet-β rays，以下簡稱11”）及c射線 traviolet-C rays，以下簡稱uvc)等三種，其中UVA 被細分為長波UVA及短波UVA，UVC則很少會落^地 只有UVA和UVB會對我們有影響。根據醫學

第6頁 1228321 — 案號 92105348 年月日 修正 五、發明說明（3) 即時地被UVA、UVB照射到，不僅能使皮膚發紅、變黑、脫 皮或發癢’右長期被UVA、UVB照設，更會使皮膚逐漸變 乾，並令皮膚色素沉澱，出現雀斑，此外，皮膚的新陳代 谢速度亦會減慢’而逐漸堆積之死皮將使皮膚變得粗糙， 並令膠質流失，使皮膚失去彈性、鬆弛、老化或出現皺 紋，同時增加了罹患皮膚癌的機會。 按’以紫外光激發螢光或磷光粉體為白光發光二極體 中之一種發光方式，然而，由於發光二極體上所塗佈之螢 光或構光粉體之顆粒大小僅約卜2〇微米，因此，二極體所 產生之紫外光光子，經常在未對螢光或磷光粉體產生激發 作用前’即已外漏，而外漏之紫外光波長35〇〜4〇〇11111恰巧 在UVA波#又之範圍内（32〇〜400nm)，由於，UVA波段之紫外 光已被證實係導致人體皮膚老化及皮膚癌之元兇，尤其 疋’累積性之傷害其效果最為可怕。因此，若未能事先加 以防範，屆時，白光發光二極體普遍被應用於日常生活 時，人體皮膚將因經常曝露在UVA波段紫外光之照射環境 下，而遭致重大傷害。 因此’如何研發出一種發光二極體晶粒，可發射出更 明亮白光，並可減少或避免其向外輻射出紫外光光子，以 避免紫外光直接對人體皮膚造成傷害，實乃目前刻不容緩 之一重要課題。 【發明内容】 有鑑於前述傳統白光發光二極體之諸多缺失，發明人經過 長久努力研究與實驗，終於開發設計出本發明之一種發光

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五、發明說明（4) 二極體之結構及其製造方法，期藉由本發明製作出高齐产 且無紫外光污染之發光二極體。 本發明之一目的，係希望發光二極體晶粒所發出之紫 外光光子’能充分與其上所塗佈之螢光粉體或磷光粉，產 生作用，以避免未作用之紫外光光子，直接輻射至大^， 而對人體皮膚造成傷害’其主要技術係將奈米尺度之複合 無機粉體，均勻地混入具有螢光粉體或磷光粉體之膠體口 中，形成一混合物，並將該混合物塗佈或鍍於一發光二極 體晶粒上’俾該發光二極體晶粒所產生之紫外光光子，可 激發螢光粉體或磷光粉體，而產生可見光，而該混合物中 懸浮在該膠體内之該複合無機粉體，則可反射其餘未能直 接激發該發光材料之紫外光光子，並令其有機會在反射過 程中’再度激發該發光材料，產生可見光。因此，本發明 之混合物可令該發光二極體晶粒所散射出之紫外光光子， 與該發光材料充分地發生作用，以在該發光二極體晶粒之 表面或其周圍上，發射出更明亮之白光，並大幅減少了紫 外光之產生，以避免人體皮膚受到紫外光的傷害。 兹為便貴審查委員能對本發明之目的、形狀、構造裝置 特徵及其功效’做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配 合圖示，其實施方式如下： 【實施方式】 本發明係一種發光二極體之結構及其製造方法，請參閱第 1圖所示’其係將發光材料2與奈米尺度（nan〇meter，簡稱 nm)之複合無機粉體1等材料，共同且均勻地混合入一膠體

1228321 __案號92105348_年月日 修正___ 五、發明說明（5) 3中’形成一混合物，俾該混合物被塗佈或鍍於一發光二 極體晶粒4之表面或其周圍後，該混合物中之該發光材料2 可被該發光二極體晶粒4所產生之紫外光光子5激發，產生 可見光，而該混合物中懸浮在該膠體3内之該複合無機粉 體1，則可反射其餘未能直接激發該發光材料2之紫外光光 子5，並令其有機會在反射過程中，再度激發該發光材料 2 ’產生可見光。 由於本發明之混合物，可令該發光二極體晶粒4所散 射出之紫外光光子5，與該發光材料2充分地發生作用，因 此’藉由本發明，即可令該發光二極體晶粒4之表面或其 周圍上’發射出更明亮之白光，並且大幅減少了紫外光之 外漏，以避免人體皮膚受到紫外光的傷害。 本發明中’複請參閱第1圖所示，各該複合無機粉體1 係包括至少一種無機粉體丨丨（如：氧化鋅、二氧化鈦等） ，至少一種絕緣性氧化物丨2 (如：二氧化矽、三氧化二鋁 等）’其中該等無機粉體11乃具奈米尺度（其粒徑介於卜 5〇Onm，但以5〜20 0nm為最佳），且在被紫外光照射下可分 解出能自由移動之電子和電洞，至於該等絕緣性氧化物 ，’其尺度更小（其粒徑介於〇卜5〇nm，但以Μ5·為最 佳係被覆蓋於各該無機粉體丨1之表面。 mi 然，為何於各該無機粉體11之表面，必須覆蓋該等絕 、、彖性$化物12呢？係因該無機粉體丨丨經紫外光照射後可分 =出能自由移動之電子和電洞，此一情形，其會使膠體3 、，之有機物質發生氧化反應而變質，因此，本發明於具奈 ^度之無機粉體U (如：氧化鋅、二氧化鈦等）之::

第9頁 案號 92105348 1228321 修正 曰 五、發明說明（6) 上’再覆蓋尺度更小之絕緣性氧化物1 2 (如：二氧化石夕、 三氧化二紹等），將可有效降低該無機粉體11分解出能自 由移動之電子和電洞數目。 於妯文中曾提及，該混合物被塗佈或鍍於一發光二極 體晶粒4之「表面」上或其「周圍」，係指該混合物不僅 可直接塗佈或鍍於一發光二極體晶粒4之表面上，若該發 光二極體晶粒4係被封裝於一塑膠殼體上（關於發光二極 體晶粒4如何被封裝之技術，非本專利之重點，故在此不 多加贅述）時，亦可將該混合物塗佈或鍍於該塑膠殼體 上，俾該混合物中之該發光材料2，可被該發光二極體晶 粒4所產生之紫外光光子$激發，產生可見光。 在本發明中，復請參閱第丨圖所示，該複合無機粉體工 主要可為氧化鋅、=氧化鈦，或為氧化鎂、高嶺土、硫酸 約或：石粉·.·：等之化合物，亦可為包含氧化鋅、二氧化 L , ί二鎂、尚嶺土、硫酸鈣、及滑石粉等化合物依-定 b = a而成之一混合物，在本發明之一較佳實施例中， :混SI為一由氧化辞與二氧化欽混合而IK: 該項技i人ΐ主張之權利範圍，並不局限於此，按凡熟悉 ^人鉦；ί 依據本發明所揭露之技術内容，利用其它 氧化鈦，或二氧化：ii: 利用氧化鋅與二 ^^ Λ,.,.'軋化鎂及兩嶺土，或硫酸鈣與滑石

物 a 一乳化鈦與滑石粉···.··箄仆人铷 ^ ,人L 例，混人而# 、 ·寻化合物，依一定組合比 ° 成之混合物’均係以下本發明所扣夕、曰入物。 中，並塗徑微小，且混合入該混合物 ~L又“一極體晶粒4上時，可呈現無色透明狀

第10頁 1228321 ---tlfe 92105348_^月 曰 修正 五、發明說明（7^ " '—" 悲’以有效反射紫外光光子，並令約至少85%以上之可見 光光子穿透該混合物之特色。 、 在本發明中，復請參閱第1圖所示，該發光材料2之成 分可為螢光粉體或磷光粉體，其中該螢光粉體或該磷光粉 體之顏色，可包括紅色、綠色以及藍色，或包括藍色與黃 色’或任何可被該紫外光光子5所激發，因而產生白光之 營光粉體或磷光粉體均可，至於該膠體3之成份，係為可 々/¾ 5無機粉體及该發光材料均勻膠合在一起之透明膠 合材料’如：環氧樹脂（£1)〇}^ Resin)。 ' 在本發明之一較佳實施例中，請參閱第1、2圖所示， 根據發明人之實驗結果得知，如採用奈米尺度（如：1〜 5OOnm)之複合無機粉體丨（如氧化鋅上覆蓋二氧化矽或二氧 化鈦上覆蓋三氧化二紹），其粒徑微小，因此，將其混合 入該混合物中，並塗佈於發光二極體晶粒4上時，係呈現 無色透明狀態，以有效地反射紫外光光子5，並令約π %之 可見光光子穿透過（如第2圖所示）；但反之，若使用較 大之微米尺度之複合無機粉體1，則因為透明度變差，將 導致發光二極體晶粒4之亮度衰減，因此，「複合無機粉 體1之粒徑大小」與「亮度」間，有著一定之相對關係。 故，為令達到最佳之功效，該複合無機粉體1、該發光材 料2與該膠體3可依下列步驟及一定之混合比例，請參閱第 3圖所示，製作出本發明之該混合物： (101 )首先，將l-4 0wt%(重量百分比）具奈米尺度（1 〜500nm)之複合無機粉體1 (如：氧化鋅、二氧化鈦），與 l-40wt%之發光材料2 (如：螢光粉或填光粉），共同加入

1228321 __案號92105348_年 Λ-L 佟丨τ__ 五、發明說明（8) 於20-98wt%之膠體3 (如··環氧樹脂）中； (1 02 )將該複合無機粉體1、該發光材料2及該膠體 3，均勻地混合成一混合物； (1 〇 3 )最後，再依實際需要’取適量之該混合物， 塗佈於發光二極體晶粒4之表面或其周圍，即可形成本發 明之發光二極體結構。 依循上述之步驟及一定之混合比例，即可令該混合物 呈現無色透明狀態，而令約85% (如第1、2圖所示）之可 見光光子穿透過，並可有效地反射紫外光光子5，故，該 結構不僅可令發光二極體晶粒4發射出更加明亮的白光， 並可減少或避免其所產生之紫外光光子5，直接向外輻射 而照射於人體皮膚之現象。 … 丄厂，丨逆…丨里匈个货明取佳之一具體實施例，帷 本發明之製造步驟及構造特徵，並不偈限於此，按凡Z 熟悉該項技藝者在本發明領域内，依據本發明所揭露之 術内容，：：入其它可輕易思及之化合物(如：快乾咧、支 硬化劑、二擴散劑、抗沉澱劑 " 皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。 合， 1228321 _案號92105348_年月日__ 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之平面示意圖。 第2圖係本發明之複合無機粉體其穿透比與波長之關 係圖。 第3圖係本發明之製造流程圖。 【主要元件符號說明】 複合無機粉體............1 發光材料............2 膠體........................3 發光二極體晶粒............4 紫外光光子...............5 無機粉體............11 絕緣性氧化物............12

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Claims (1)

1228321 曰 修正

一種發光二極體之結構，該發光二極體之主要材 二係^括Γ發光材料、一奈米尺度之複合無機粉體及一膠 二丄其中該複合無機粉體，係包括至少一種無機粉體與至 ς L種絕緣性氧化物，該等無機粉體乃具奈米尺度，且在 1 ，外光照射下可分解出能自由移動之電子和電洞，至於 乂專、、、巴緣性氧化物’其尺度比各該無機粉體更小，係覆蓋 於各該無機粉體之表面。 2、一種發光二極體之製造方法，該發光二極體之主 要材料係包括一發光材料、一奈米尺度之複合無機粉體及 一膠體’該製造方法包括下列步驟： 首先’將該複合無機粉體與該發光材料，分別加入一 該膠體中； 嗣’將該複合無機粉體、該發光材料及該膠體，均勻 地混合成一混合物； 最後’依實際需要，取適量之該混合物，塗佈或鍍於 發光二極體晶粒之表面或其周圍上； 俟該混合物被塗佈或鍍於發光二極體晶粒之表面或其 周圍後’該混合物中之該發光材料，可被該發光二極體晶 粒所產生之紫外光光子激發，產生可見光，而該混合物$ 懸浮在該膠體内之該複合無機粉體，則可反射其餘未能直 接激發該發光材料之紫外光光子，並令其有機會在反射過 程中，再度激發該發光材料，產生可見光。 3、如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該複合無 機粉體之粒徑试小’且混合入該膠體中，並塗佈於發光一

第14頁 1228321 ____ 案號 92105348 年月日 修正 六、申請專利範圍 極體晶粒上時，可呈現無色透明狀態，且具有可有效地反 射紫外光光子，而令約85%之可見光光子穿透之特性。 4、 如申清專利範圍第1項所述之結構’其中5亥無機粉 體之粒徑，約為卜50〇nm之奈米尺度。 5、 如申請專利範圍第1項所述之結構，其中各該絕緣 性氧化物之粒徑，約為〇•卜5〇nm之奈米尺度。 6、 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該複 合無機粉體之混合比例約為卜4〇wt%。 、如申請專利範圍第1項所述之結構，其中該發光材 料之成分，係可為螢光粉體。 8、如申請專利範圍第丨項所述之結構，其中該發光材 料之成分，係可為磷光粉體。 “ 9、如申請專利範圍第7或8項所述之結構，其中該發 光材料之成分，係可由該螢光粉體與構光粉體，依一定比 例相互混合而成。 1 0、如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該 毛光材料之混合比例約為卜40wt%。 、=、如申請專利範圍第i項所述之結構，其中該膠體 係可為令該複合無機粉體及該發光材料均勻膝合 在一起之透明膠合材料。…、 12、如申請專利範 之製造方法，其中該 膠體之混合比例約為20_98wt%。

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