TWI849545B

TWI849545B - 複合封裝材料及光學裝置

Info

Publication number: TWI849545B
Application number: TW111140186A
Authority: TW
Inventors: 蘇鼎光; 戴文婉; 李育群
Original assignee: 隆達電子股份有限公司
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-07-21
Also published as: US20240234653A9; US20240136482A1; TW202417591A; CN117925177A

Abstract

揭露一種複合封裝材料，包括：(A)高分子膠材；(B)黏度改質劑，包括：高分子材料、奈米材料、或上述之組合，其中黏度改質劑(B)具有能與高分子膠材(A)形成非共價作用力的官能基團。在常溫的狀態下，複合封裝材料在剪切率為1×10 ^-3s ^-1時的對數黏度log(η ₀)，與複合封裝材料在剪切率為1×10 ²s ^-1時的對數黏度log(η _∞)之比值(log(η ₀)/log(η _∞))為1.1-2.5。

Description

複合封裝材料及光學裝置

本發明是關於一種封裝材料，特別是關於一種適用於發光二極體的複合封裝材料及包括所述複合封裝材料的光學裝置。

發光二極體(light-emitting diode, LED)光源具有高效率、長壽命、不含汞(Hg)等有害物質的優點。隨著發光二極體領域技術的不斷進步，發光二極體的亮度、壽命等性能都得到了極大的提升，使得發光二極體的應用領域越來越廣泛，從路燈等室外照明到裝飾燈等室內照明，均紛紛使用或更換成發光二極體作為光源。

發光二極體需要針對不同類型設計合理的封裝形式以成為終端產品並投入實際應用。一般來說，封裝的功能在於提供晶片足夠的保護，防止晶片在空氣中長期暴露或受到機械損傷而失效，以提高晶片的穩定性。對於發光二極體封裝，還需要具有良好光取出效率(light extraction efficiency, LEE)和良好的散熱性，好的封裝可以讓發光二極體具備更好的發光效率和散熱環境，進而提升發光二極體的壽命。

此外，封裝還是白光發光二極體製備的關鍵環節：半導體材料的發光機理決定了單一的發光二極體晶片無法發出連續光譜的白光，因此製程上必須混合兩種以上互補色的光而形成白光，目前實現白光發光二極體的方法主要有三種：(1)藍光發光二極體搭配黃色(YAG)螢光粉，(2)RGB三色發光二極體，(3)紫外發光二極體搭配多色螢光粉，而白光發光二極體的實現都是在封裝環節。良好的製程精度控制以及良好的材料、設備是白光發光二極體器件一致性的保證。

目前常見發光二極體封裝技術採用螢光粉塗覆製程，即先將螢光粉與膠體按一定的比例攬拌混合後，然後利用自動點膠機將螢光膠塗覆在發光二極體晶片表面，利用這種方法提高了發光二極體晶片的光學性能。但是，螢光粉的密度比膠體的密度大，兩者之間存在一定密度差，當兩種物質混合在一起時，螢光粉會有明顯的沉澱，螢光粉在螢光膠中會分散不均勻，使得光不能充分的混合，導致元件發出的白光不能達到均勻一致，使光斑周圍出現藍圈、黃圈現象，極大地影響產品性能。

此外，目前封裝材料考量膠材與基板潤濕效果佳而有較佳的黏附性，因此膠材較難維持點膠後的形狀，會有攤流情況而無法自行成為一個理想的透鏡形狀，從而影響了光取出效率。

因此，目前仍需對發光二極體的封裝材料進行改良。

本發明揭露一種複合封裝材料，包括： (A)高分子膠材； (B)黏度改質劑，包括：高分子材料、奈米材料、或上述之組合，其中黏度改質劑(B)具有能與高分子膠材(A)形成非共價作用力的官能基團，其中，在常溫的狀態下，複合封裝材料在剪切率為1×10 ^-3s ^-1時的對數黏度(log(η ₀))與複合封裝材料在剪切率為1×10 ²s ^-1時的對數黏度(log(η _∞))之比值(log(η ₀)/log(η _∞))為1.1-2.5。

在一些實施例中，複合封裝材料呈網狀纏繞結構。

在一些實施例中，非共價作用力包括凡得瓦力、氫鍵、離子鍵、疏水作用力、或上述之組合。

在一些實施例中，高分子膠材(A)具有矽氧烷鍵、碳氫鍵、或其組合。

在一些實施例中，高分子膠材(A)包括矽氧樹脂、環氧樹脂、氟樹脂、或上述之組合。

在一些實施例中，黏度改質劑(B)的官能基團包括-OH、=NH、-NH ₂、鹵基、碳氫鏈、或上述之組合。

在一些實施例中，高分子材料包括聚醯胺蠟、有機膨潤土、氫化蓖麻油、或上述之組合。

在一些實施例中，奈米材料的粒徑為1nm-500nm。

在一些實施例中，相對於100重量份的高分子膠材(A)，奈米材料為0.1-130重量份(wt%)。

在一些實施例中，奈米材料包括發光材料、非發光材料、或上述之組合。

在一些實施例中，發光材料包括量子點。

在一些實施例中，非發光材料包括TiO ₂、SiO ₂、Al ₂O ₃、或上述之組合。

在一些實施例中，相對於100重量份的高分子膠材(A)，高分子材料為1-100重量份。

在一些實施例中，複合封裝材料更包括螢光粉。

本案還揭露一種光學裝置，包括如以上任一所述的複合封裝材料。

在一些實施例中，光學裝置更包含發光單元，複合封裝材料覆蓋光學裝置之發光單元。

以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明揭露實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明揭露的實施例可能在各種範例中重複參考數值或字母。如此重複是為了簡明和清楚之目的，而非用以表示所討論的不同實施例或配置之間的關係。

以下描述實施例的一些變化。在不同圖式和說明的實施例中，相似的元件符號被用來標示相似的元件。可以理解的是，在方法的前、中、後可以提供額外的步驟，且一些所敘述的步驟可在所述方法的其他實施例被取代或刪除。

再者，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在……之下」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」等類似用詞，是為了便於描述圖式中一個(些)部件或特徵與另一個(些)部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

此處所使用的用語「約」、「近似」等類似用語描述數字或數字範圍時，該用語意欲涵蓋的數值是在合理範圍內包含所描述的數字，或本發明所屬技術領域中具有通常知識者理解的其他數值。

本說明書中，黏度值的指標定義為在溫度25℃±5℃、濕度50±10%RH、常壓(100kPa)的環境下測定的值。即便是上述範圍外所量測的黏度指標，只要它們調整為氣溫25℃±5℃、濕度50±10%RH、常壓的環境下所量測的數值落入本說明書所規定的範圍時，則這些情況亦包含於本發明揭露的範圍中。此外，本文中的術語「常溫」、「室溫」，係指約20℃至30℃之溫度。

本文中，「γ」指剪切率，單位為s ^-1，「η」指黏度，單位為mPa.s。「η ₀」指在常溫(25℃±5℃)的狀態下，剪切率為1×10 ^-3s ^-1時封裝材料的黏度；「η _∞」則是指在常溫的狀態下，剪切率為1×10 ²s ^-1時封裝材料的黏度。「log(η ₀)」指η ₀以10為底的對數；「log(η _∞)」指η _∞以10為底的對數；「log(γ)」指γ以10為底的對數。

本發明揭露之複合封裝材料，包括： (A)高分子膠材； (B)黏度改質劑，包括：高分子材料、奈米材料、或上述之組合，其中黏度改質劑(B)具有能與高分子膠材(A)形成非共價作用力的官能基團，在常溫的狀態下，複合封裝材料在剪切率為1×10 ^-3s ^-1時的對數黏度(log(η ₀))與複合封裝材料在剪切率為1×10 ²s ^-1時的對數黏度(log(η _∞))之比值(log(η ₀)/log(η _∞))為1.1-2.5。

以下參照第1A圖及第1B圖，對揭露的複合封裝材料的黏度特性進行進一步的說明。圖中，「η ₀」為常溫下，剪切率(γ)為1×10 ^-3s ^-1時封裝材料的黏度；「η _∞」為常溫下，剪切率(γ)為1×10 ²s ^-1時封裝材料的黏度。

第1A圖為習知封裝材料在常溫下(25℃±5℃)的對數黏度(log(η))與剪切率的對數(log(γ))的關係圖，如圖中所示，目前市售之封裝材料的η ₀的對數與η _∞的對數的比值大抵等於1(即log(η ₀)/log(η _∞)=1)，不論於任何環境及製程操作條件下黏度皆為定值。此外，由於加工性的考量，其黏度無法調配得過大，因此封裝材料中的螢光粉會有沉降的問題，且封裝材料在點膠之後較難維持其形狀，會有膠材攤流的問題。第1B圖為揭露複合封裝材料在常溫下(25℃±5℃)的對數黏度(log(η))與剪切率的對數(log(γ))的關係圖，如圖中所示，可以看到揭露的複合封裝材料的黏度隨著剪切率的增加而下降。這是因為本案揭露藉由在封裝材料中添加特定改質劑，其具有可與封裝材料中的高分子膠材形成非共價作用力(例如凡得瓦力、氫鍵、離子鍵、疏水作用力、或上述之組合)的官能基，從而使所形成的複合封裝材料呈纏繞網狀結構，並使材料的log(η ₀)/log(η _∞)≠1，進而解決目前封裝材料所遇之問題。

由於本案揭露發明的複合封裝材料在剪切率為1×10 ^-3s ^-1以下的黏度接近為定值，因此當剪切率為1×10 ^-3s ^-1以下時，複合封裝材料可視為靜止狀態(無受力狀態)，因此本揭露將η ₀設定為剪切率為1×10 ^-3s ^-1時的黏度。隨著剪切率上升(剪切率大於1×10 ^-3s ^-1)，複合封裝材料受到的外力上升，分子受到擾動(視為受力狀態)，使分子之間的非共價作用力減弱，造成黏度逐漸下降。由於當添加奈米材料量達一定量時，於量測上會出現因轉速過高而有漿料分離之現象，導致量測數值穩定性不佳，失去材料判斷之價值。因此，本揭露將η _∞設定為剪切率為1×10 ²s ^-1時的黏度。

在一些實施例中，高分子膠材(A)具有矽氧烷鍵、碳氫鍵、或其組合。在一些實施例中，高分子膠材(A)包括矽氧樹脂、環氧樹脂、氟樹脂、或上述之組合。

所述矽氧樹脂，可例如是具有烷基、芳香族基等之有機官能基作為構成單位之包含矽氧烷鍵之樹脂。前述烷基並未特別限定，例如為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基等。前述芳香族基並未特別限定，例如為苯基、甲苯基等。具體而言，矽氧樹脂可例如是二甲基聚矽氧烷、甲基苯基聚矽氧烷、二苯基聚矽氧烷等。此外，所述矽氧樹脂亦可包含例如環氧改質矽氧樹脂、醇酸改質矽氧樹脂、丙烯酸改質矽氧樹脂、聚酯改質矽氧樹脂等、或上述之組合。

上述環氧樹脂可例如是雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、酚醛型環氧樹脂、四溴雙酚環氧樹脂、以及橡膠改質環氧樹脂、脂環族環氧樹脂、脂肪族環氧樹脂等、或其組合。

上述氟樹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)等單獨聚合物、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、或其組合。

此外，高分子膠材(A)還可包括其他樹脂，例如丙烯酸系樹脂、乙烯系樹脂、尿素樹脂、醯亞胺樹脂、聚(硫醚)樹脂、或其組合。丙烯酸系樹脂可舉例例如：聚((甲基)丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙二醇二甲基丙烯酸酯)(PEGMA)等，乙烯系樹脂可舉例例如：聚(乙酸乙烯酯)(PVA)、聚(二乙烯基苯)(PDVB)等。

在一些實施例中，高分子膠材(A)中尚可包括其他添加劑，例如固化劑、固化促進劑、矽烷偶合劑、阻燃劑、阻燃助劑、脫模劑、離子捕獲劑、顏料/著色劑、應力降低劑、膠黏劑等、或其組合。

在一些實施例中，黏度改質劑(B)能夠與高分子膠材(A)形成非共價作用力的官能基團包括-OH、=NH、-NH ₂、鹵基、碳氫鏈、或上述之組合。

在一些實施例中，黏度改質劑(B)中的高分子材料包括聚醯胺蠟、有機膨潤土、氫化蓖麻油、或上述之組合。作為有機膨潤土，可舉例例如具有十六烷基三甲基銨離子的膨潤土、或是具有四甲基銨離的子膨潤土等。根據一些實施例，相對於100重量份的高分子膠材(A)，作為黏度改質劑(B)的高分子材料為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。

在一些實施例中，黏度改質劑(B)中的奈米材料的粒徑為1 nm-500 nm，例如3 nm-480 nm、5 nm-450 nm、8 nm-420 nm、10 nm-400 nm、15 nm-380 nm、20 nm-350 nm、25 nm -320 nm、30 nm-300 nm、35 nm-250 nm、40nm-200 nm、50 nm-150 nm、55 nm -100 nm、60 nm -95 nm、70 nm-90 nm、75 nm -85 nm。根據一些實施例，相對於100重量份的高分子膠材(A)，作為黏度改質劑(B)的奈米材料為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。

在一些實施例中，奈米材料包括發光材料、非發光材料、或上述之組合。在一些實施例中，非發光材料包括TiO ₂、SiO ₂、Al ₂O ₃、或上述之組合。在一些實施例中，發光材料包括量子點。

所述非發光材料可藉由表面修飾引入不同官能基。例如可藉由疏水表面處理劑、親水表面修飾等進行處理。例如在材料表面塗覆三甲基氯矽烷、三乙基氯矽烷、三苯基氯矽烷、二甲基氯矽烷、二甲基二氯矽烷、聚二甲基矽氧烷、羥基聚二甲基矽氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、脂肪酸、氧化矽、氧化鋁等。根據一些實施例，非發光材料可與本案所揭露的高分子材料(A)形成氫鍵、凡得瓦力、離子鍵、疏水作用力等非共價作用力。

所述量子點可包含II-VI族半導體化合物物、III-V族半導體化合物、IV-VI族半導體化合物、或上述之組合。量子點的結構可包含主要發光的核心區(core)以及包覆核心區的殼(shell)，核心區的材料可包含硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)、氧化鋅(ZnO)、硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、硒化鎵(GaSe)、銻化鎵(GaSb)、砷化鎵(GaAs)、氮化鋁(AlN)、磷化鋁(AlP)、砷化鋁(AlAs)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、碲(Te)、硫化鉛(PbS)、銻化銦(InSb)、碲化鉛(PbTe)、硒化鉛(PbSe)、碲化銻(SbTe)、硒化鋅鎘(ZnCdSe)、硫化鋅鎘硒(ZnCdSeS)、硫化銅銦(CuInS)、或上述之組合。殼的材料與核心區的材料必須相互搭配(例如核心區與殼的材料的晶格常數需要匹配)。具體而言，殼的材料組成之選擇，除了與核心區的材料的晶格常數需匹配外，另一個考量是為了能在核心區的外圍形成一個高能障區域，以提升量子產率(quantum yield)。為了能同時滿足這兩種性質，可藉由殼的結構及／或組成的改變，一方面減少核心區與殼的應力，一方面拉高能障。殼的結構可以是單層、多層或者材料組成漸變的結構。在一實施例中，核心區為硒化鎘，殼為單層的硫化鋅。在另一實施例中，核心區為硒化鎘，殼包含內層的(鎘,鋅)(硫,硒)及外層的硫化鋅。在另一實施例中，核心區為硒化鎘，殼包含內層的硫化鎘，中間漸變層的Zn _0.25Cd _0.75S/Zn _0.5Cd _0.5S/Zn _0.75Cd _0.25S，外層的硫化鋅。根據一些實施例，量子點可與本案所揭露的高分子材料(A)形成離子鍵、凡得瓦力、氫鍵、親疏水作用力等非共價作用力。

在一些實施例中，複合封裝材料更包括螢光粉，螢光粉之種類並無特別限定。舉例而言，例如：發光二極體中廣泛利用之包含氧化物系螢光體、氮氧化物系螢光體、氮化物系螢光體、硫化物系螢光體、氧硫化物系螢光體等之黃色、紅色、綠色、藍色發光螢光體。螢光粉材料可舉例例如Y ₃Al ₅O1 ₂:Ce、Gd ₃Ga ₅O1 ₂:Ce、Lu ₃Al ₅O1 ₂:Ce、(Lu,Y) ₃Al ₅O1 ₂:Ce、Tb ₃Al ₅O1 ₂:Ce、SrS:Eu、SrGa ₂S ₄:Eu、(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga) ₂S ₄:Eu、(Ca,Sr)S:(Eu,Mn)、(Ca,Sr)S:Ce、(Ba,Sr,Ca) ₂SiO ₄:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si ₂O ₂N ₂:Eu、(Sr,Ba,Ca) ₂Si ₅N ₈:Eu、(Sr,Ba,Ca)(Al,Ga)SiN ₃:Eu、SrLiAl ₃N ₄:Eu、Ba ₂LiSi ₇AlN1 ₂:Eu、K ₂SiF ₆:Mn、K ₂TiF ₆:Mn、K ₂SnF ₆:Mn、或上述之組合。

以下參照第2A圖-第2B圖說明本案揭露的複合封裝材料在不同狀態下的結構，其中第2A圖為本案所揭露複合封裝材料在靜止狀態下的結構示意圖，而第2B圖為本案所揭露複合封裝材料在受力狀態下的結構示意圖。本案所揭露的複合封裝材料添加了黏度改質劑(B)，其表面具有可以與複合封裝材料所包含的高分子膠材(A)形成非共價作用力之官能基團，從而使複合封裝材料中的分子結構纏繞形成網狀結構。在一些實施例中，揭露複合封裝材料中的高分子膠材10包含矽氧烷鍵(-Si-O-Si-)，而黏度改質劑20包含羥基(-OH)，因此兩者之間會形成非共價作用力30(例如氫鍵)，使複合封裝材料中的分子相互纏繞，如第2A圖所示，從而提升複合封裝材料之間的黏度。而隨著本案所揭露複合封裝材料受到的剪切率上升，複合封裝材料受到擾動，高分子膠材10與黏度改質劑20之間的非共價作用力30減弱，複合封裝材料的結構變得較為鬆散，如第2B圖所示，從而使其黏度降低。此外，本案所揭露的複合封裝材料受到的力一旦減弱或停止施加，黏度便會上升或快速恢復。相對於此，習知封裝材料中的高分子膠材因缺少非共價作用力，其分子結構排列較為鬆散，無論在非受力或受力的狀態下材料結構皆無改變，因此，其黏度在不同剪切率下大抵不變。

本案所揭露的複合封裝材料可應用於不同的發光二極體封裝方式，例如表面黏著封裝(surface mount device, SMD)及晶片直接封裝(chip on board, COB)等，以形成包含本案所揭露複合封裝材料的光學裝置。在一些實施例中，上述光學裝置包括發光單元，且本案所揭露的複合封裝材料覆蓋光學裝置中的發光單元。在一些實施例中，上述發光單元可為發光二極體晶片。

第3圖為包括本案所揭露複合封裝材料的光學裝置40的示意圖。光學裝置40包括封裝基板410、固定於封裝基板410上的發光二極體晶片420、以及包覆發光二極體晶片420的複合封裝材料430。本案所揭露的封裝基板410並未特別限定，可以根據光學裝置40的需求進行調整，基板410可使用例如硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料等。發光二極體晶片420並未特別限定，可以根據光學裝置40的需求進行調整，發光二極體晶片420的材料可使用例如可發出紅光的鋁砷化鎵(AlGaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鎵(GaP)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)等、可發出藍光的銦氮化鎵(InGaN)、硒化鋅(ZnSe)、銦氮化鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)等、可發出綠光的銦氮化鎵/氮化鎵(InGaN/GaN)、磷化鎵(GaP)、鋁磷化鎵(AlGaP)等、或其組合。複合封裝材料430包括上述的高分子膠材(A)與上述的黏度改質劑(B)，並可根據需求加入添加劑，在此不再贅述。可使用習知的方式將發光二極體晶片420黏著在封裝基板410上，並利用複合封裝材料430進行封裝。由於本案所揭露的複合封裝材料在不受力的狀態下，其分子結構纏繞形成網狀結構，使膠材攤流狀態受到限制，因此在點膠等製程之後，能夠維持其形狀，以在基板上形成具有高度H與寬W的透鏡形狀，如第3圖所示。高度H為複合封裝材料430的底表面與頂點之間的距離，且寬度W為複合封裝材料430的底表面的最大寬度。複合封裝材料430具有理想的高寬比(H/W)，能夠提升光學裝置40的光取出效率。

相對於此，由於習知封裝材料在受力與不受力的狀態下，分子結構皆無改變，且習知封裝材料考量膠材與基板潤濕效果佳而有較佳的黏附性，較難在點膠等製程之後維持形狀，因此膠材會攤流而無法自行成為一個理想的透鏡形狀，光取出效率不佳。

第4圖所示是包括本案所揭露複合封裝材料的另一光學裝置50示意圖。光學裝置50包括封裝基板510、固定於封裝基板510上的發光二極體晶片520、以及包覆發光二極體晶片520的複合封裝材料530。封裝基板510可以包括塑料、陶瓷、或其組合，具體而言，例如塑膠引線晶片載體(plastic leaded chip carrier, PLCC)、陶瓷引線晶片載體等。發光二極體晶片520與發光二極體晶片420的材料可以相同。複合封裝材料530包括上述的高分子膠材(A)與上述的黏度改質劑(B)，並可視需求加入添加劑。應該注意的是，複合封裝材料530更包括上述的螢光粉，以作為色轉換封裝材料。可使用習知的方式將發光二極體晶片520黏著在封裝基板510上，並利用複合封裝材料530進行封裝。在一些實施例中，光學裝置50在封裝時，使用點膠針筒60進行封裝，點膠針筒60內裝有複合封裝材料530，且複合封裝材料530中，螢光粉533能與高分子膠材531及複合封裝材料530的其他材料(未示出)均勻混合，且在利用複合封裝材料530封裝發光二極體晶片520後，螢光粉533也能在光學裝置50的封裝材料530中呈均勻分佈。此外，在點膠針筒60內填充的複合封裝材料530，在室溫下靜置4小時後不會出現分層現象。

相對於此，將習知封裝材料填充在相同型號的點膠針筒內，在室溫下靜置4小時後，能看出明顯的分層，即習知封裝材料中的螢光粉會發生沉降現象。

以下，根據各種實施例對本發明更詳細地進行說明，但本發明並不受限於這些實施例。其中，表格中的「份」為「重量份(wt%)」，且各實施例以高分子膠材為100重量份。

[實驗材料] TiO ₂-A：表面物質-疏水表面處理劑 SiO ₂-A：無表面塗佈(coating)，單純SiO ₂；粒徑為7nm，為奈米材料 SiO ₂-B：表面塗佈二甲基二氯矽烷(dimethyldichlorosilane) SiO ₂-C：表面塗佈聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane) SiO ₂-D:：無表面塗佈，單純SiO ₂；粒徑為10um，為微米材料

[黏度的測定]

用Anton Paar所製造之流變儀(MCR-102)測定不同示例的封裝材料在25℃下之黏度。使用直徑為25mm之平板，量測間隙為250 μm，以0.001s ^-1-1000 s ^-1的剪切速率進行掃描量測，並利用所得數據求出不同示例的log(η ₀)/ log(η _∞)數值。

＜實驗組1—相同比例粉體實驗＞

[表1]

		發光材料	非發光材料	log(η ₀)/ log(η _∞)
實驗說明	高分子膠材	綠磷光體（30㎛）	紅磷光體 (40㎛)	量子點 (50 nm)	添加1	添加2
添加量	添加量	添加量	填料	塗佈	粒經	添加量	填料	粒經	塗佈	添加量
比較例A0	Silicone-A	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.00
實施例A1	Silicone-A	--	--	--	TiO ₂-A	O	250nm	25份	--	--	--	--	1.16
實施例A2	Silicone-A	--	--	--	TiO ₂-A	O	250nm	50份	--	--	--	--	1.50
實施例A3	Silicone-A	25份	25份	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.05
實施例A4	Silicone-A	25份	25份	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	2份	1.86
實施例A5	Silicone-A	50份	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.01
實施例A6	Silicone-A	--	50份	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.05
實施例A7	Silicone-A	--	--	50份	--	--	--	--	--	--	--	--	2.16
實施例A8	Silicone-A	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-D	10um	X	50份	1.01

(比較例A0)

比較例A0未添加發光材料及奈米非發光材料，並作為比較基準。

(實施例A1)

實施例A1添加奈米非發光材料，根據表1所示的配方，將100重量份(Wt %)的Silicone-A、25重量份(Wt %)的TiO ₂-A進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後將攪拌後的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例A2、實施例A8)

實施例A2、A8添加了奈米非發光材料，實施例A2、A8除了根據表1更改所添加的奈米非發光材料的種類及比例以外，以與實施例A1相同的方式調製。

(實施例A3)

實施例A3添加了發光材料，實施例A3根據表1所示的配方，將100重量份的Silicone-A、25重量份的綠磷光體、及25重量份的紅磷光體進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後將攪拌後的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例A4)

實施例A4添加了發光材料及奈米非發光材料，根據表1所示的配方，將100重量份的Silicone-A、2重量份的SiO ₂-A進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後，再加入25重量份的綠磷光體、及25重量份的紅磷光體，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後將攪拌後的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例A5-A7)

實施例A5-A7添加了發光材料，除了根據表1更改所添加的發光材料的比例以外，以與實施例A3相同的方式調製。

實驗組1通過對不同示例進行黏度測試，比較添加大致相同比例粉體材料的複合封裝材料。

首先比較實施例A1-A2、A8及比較例A0。實施例A1-A2皆添加了粒經為250nm的TiO ₂-A，相對於比較例A0，其封裝材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值明顯提升，且TiO ₂-A的添加比例越大，材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值越大。相較之下，雖然實施例A8與實施例A2同樣加入了50重量份的奈米非發光材料，但SiO ₂-D的粒徑為10μm，超出本案所揭露範圍，且表面未經處理，因此，難以提升材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值。

接著比較實施例A3-A7、及比較例A0。實施例A3-A7皆添加了50重量份的發光材料。實施例A3添加了25重量份的綠磷光體(30μm)及25重量份的紅磷光體(40μm)，但兩者的粒徑皆落在500nm以上，對封裝材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值較影響較小。相對於此，實施例A4在實施例A3的基礎上還添加了2重量份的SiO ₂-A，其粒徑僅為7nm，能夠明顯提升封裝材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值。同樣，添加了50重量份綠磷光體的實施例A5及添加了50重量份紅磷光體的實施例A6的(log(η ₀)/log(η _∞))值相較於比較例A0變化也不大，而實施例A7添加了50重量份的量子點，其粒子徑為50nm，能夠明顯提升封裝材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值。

綜上所述，當封裝材料中添加的粉體材料尺寸大於500nm時，無法使封裝材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值大於1.1，因此一般發光二極體使用之螢光粉無法改良封裝材料的黏度特性。

＜實驗組2—抗沉降效果實驗＞

[表2]

實驗說明	高分子膠材	發光材料	奈米非發光材料	log(η ₀) / log(η _∞)	抗沉降效果
綠磷光體(30㎛)	紅磷光體 (40㎛)	量子點 (50 nm)	添加1	添加2
添加量	添加量	添加量	填料	塗佈	粒經	添加量	填料	粒經	塗佈	添加量
比較例B0	Silicone-B	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.00	X
實施例B1	Silicone-B	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	1份	1.55	Ｏ
實施例B2	Silicone-B	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-B	7nm	O	1份	1.37	Ｏ
實施例B3	Silicone-B	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-C	14nm	O	1份	1.21	△
實施例B4	Silicone-B	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-C	14nm	O	0.6份	1.10	△

表2中，「ｘ」代表無抗沉降效果；「△」代表略有抗沉降效果；「Ｏ」代表抗沉降效果佳。

(比較例B0)

比較例B0未添加發光材料及奈米非發光材料，並作為比較基準。

(實施例B1)

實施例B1添加奈米非發光材料，根據表2所示的配方，將100重量份的Silicone-B、1重量份的SiO ₂-A進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後將攪拌後的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例B2-4)

實施例除了更改所添加的SiO ₂的種類及比例以外，以與實施例B1相同的方式調製。

之後，將調製後的實施例B0-B4一部分進行黏度測試，剩餘部分再加入25重量份的綠磷光體(30μm)進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後將攪拌後的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫下維持直到材料中不存在氣泡。將脫泡後的螢光粉注入點膠針筒中，並在室溫下放置4小時後，觀察螢光粉是否發生沉降。

實驗組2藉由添加不同的SiO ₂材料，進行材料之間抗沉降效果的比較。由表2可以看出相對於未添加SiO ₂的比較例B0，添加SiO ₂的實施例B1-B4的(log(η ₀)/log(η _∞))值明顯提升。

比較實施例B1-B3及比較例B0。實施例B1-B3中添加的SiO ₂的比例皆相同，實施例B1使用的SiO ₂-A無表面處理，實施例B2使用的SiO ₂-B表面塗覆了二甲基二氯矽烷，而實施例B3添加的SiO ₂-C表面塗覆了聚二甲基矽氧烷。由於添加的SiO ₂表面的官能基不同，造成實施例B1-B3的(log(η ₀)/log(η _∞))值皆不相同。此外，由於B1中未作表面塗覆的SiO2-A氫鍵作用力較強，更易形成網狀結構，實施例B1的(log(η ₀)/log(η _∞))值大於實施例B2。

接著比較實施例B3-B4，實施例B3-B4皆添加SiO ₂-C，其表面塗覆的聚二甲基矽氧烷能夠與高分子膠材形成非共價作用力(例如凡得瓦力、氫鍵)，因此添加的SiO ₂-C的比例越高，封裝材料分子之間的作用力越強，而材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值也越大，沉降效果越好。

綜上所述，在複合封裝材料中添加相同比例的不同種類之SiO ₂，其(log(η ₀)/log(η _∞))值會因不同SiO ₂表面狀態而有所差異，這是因為SiO ₂粒子間及SiO ₂粒子與高分子膠材間形成不同的非共價鍵結而有不同分子結構纏繞所致。

＜實驗組3—透明透鏡實驗＞

[表3]

實驗說明	高分子膠材	發光材料	非發光材料	log(η ₀) / log(η _∞)
綠磷光體 (30㎛)	紅磷光體 (40㎛)	量子點 (50nm)	添加1	添加2
添加量	添加量	添加量	填料	塗佈	粒經	添加量	填料	粒經	塗佈	添加量
比較例C0	Silicone-C	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.00
實施例C1	Silicone-C	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	1份	1.48
實施例C2	Silicone-C	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	4份	1.99
實施例C3	Silicone-C	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	6份	2.03
實施例C4	Silicone-C	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	9份	2.26
比較例D0	Silicone-D	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.00
實施例D1	Silicone-D								SiO ₂-A	7nm	X	3份	1.97
實施例D2	Silicone-D	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	4份	2.27
實施例D3	Silicone-D	--	--	--	--	--	--	--	SiO ₂-A	7nm	X	9份	2.50

(比較例C0、D0)

比較例C0、D0未添加發光材料及奈米非發光材料，並作為比較基準。

(實施例C1)

實施例C1添加奈米非發光材料，根據表3所示配方，將100重量份的Silicone-C、1重量份的SiO ₂-A進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，之後將攪拌後的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例C2-C4)

除了根據表1所示的配方，改變SiO ₂-A的添加量之外，以與實施例C1相同的方式調製。

(實施例D1-D3)

除了根據表1所示的配方，將高分子膠材改為Silicone-D並添加所述比例的SiO ₂-A之外，以與實施例C1相同的方式調製。

將配置好的封裝材料一部分進行黏度的測試，另一部分用以點膠。以移液器控制點膠量為6μL，在室溫下點膠於已固晶的基板上。點膠完成後，封裝材料在基板上形成透鏡的形狀，之後測量所形成透鏡的高寬比。

實驗組3中的實施例C1-C3、D1-D3可在基板上形成透明的透鏡，且當材料(log(η ₀)/log(η _∞))的值約為1.5時，其形成的透鏡高寬比約為0.10-0.20；當材料(log(η ₀)/log(η _∞))的值約為2.0時，其形成的透鏡的高寬比約為0.4-0.6；當材料(log(η ₀)/log(η _∞))的值大於2.0時，其形成的透鏡的高/寬約為0.7-1.0。

綜上所述，由於本案揭露的複合封裝材料在不受力的狀態下，其分子結構纏繞形成網狀結構，使膠材攤流狀態受到限制，因此能夠在基板上形成透鏡形狀(如第3圖所示)，且封裝材料的(log(η ₀)/log(η _∞))值越大，封裝材料分子之間的網狀結構越緻密，其攤流狀態受到的限制越大，形成的透鏡具有越大的高寬比。藉由控制(log(η ₀)/log(η _∞))的值，可使封裝材料在基板上形成具有不同高寬比的透鏡狀。

＜實驗組4—白色透鏡實驗＞

[表4]

實驗說明

高分子膠材

發光材料

非發光材料

log(η ₀) / log(η _∞)

綠磷光體 (30㎛)

紅磷光體 (40㎛)

量子點 (50nm)

添加1

添加2

添加量

填料

塗佈

粒經

添加量

填料

粒經

塗佈

添加量

實施例C0

Silicone-C

--

1.00

實驗組C5

Silicone-C

--

TiO ₂-A

O

250nm

40%

SiO ₂-A

7nm

X

1份

1.96

實驗組C6

Silicone-C

--

TiO ₂-A

O

250nm

40%

SiO ₂-A

7nm

X

3份

1.99

(實施例C5)

實施例C5添加奈米非發光材料，根據表1所示的配方，將100重量份的Silicone-C、1重量份的SiO ₂-A進行混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，接著，加入40重量份的TiO ₂-A，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使材料充分混合，最後將混合均勻的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例C6)

除了根據表1所示的配方，改變SiO ₂-A的添加量之外，以與實施例C5相同的方式調製。

實驗組4中的實施例C5、C6由於加入TiO ₂，因此能夠形成在基板上呈現白色的透鏡狀(如第3圖所示)，且材料(log(η ₀)/log(η _∞))的值皆約為2.0，其形成的透鏡的高寬比約為0.4-0.6。

＜實驗組5—高比例粉體實驗＞

[表5]

實驗說明	高分子膠材	發光材料	非發光材料	log(η ₀) / log(η _∞)
綠磷光體 (30㎛)	紅磷光體 (40㎛)	量子點 (50nm)	添加1	添加2
添加量	添加量	添加量	填料	塗佈	粒經	添加量	填料	粒經	塗佈	添加量
比較例D0	Silicone-D	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	1.00
實施例D4	Silicone-D	--	--	--	TiO ₂-A	O	250nm	100份	--	--	--	--	1.94
實施例D5	Silicone-D	--	--	--	TiO ₂-A	O	250nm	120份	--	--	--	--	1.86

(實施例D4)

根據表1所示的配方，分次將100重量份的TiO ₂-A加入100重量份的Silicone-D攪拌，使每次加入TiO ₂-A前，材料皆均勻混合，在室溫下以同一方向攪拌10-15分鐘，使TiO ₂均勻分散於高分子膠材中，接著將混合均勻的複合封裝材料放入抽真空儀器中以進行脫泡，抽真空狀態在室溫的狀態下維持直到複合封裝材料中不存在氣泡。

(實施例D5)

除了根據表1所示的配方，改變TiO ₂-A的添加量之外，以與實施例D4相同的方式調製。

實驗組5中比較加入高比例TiO ₂的實施例。實施例D4加入了100重量份的TiO ₂-A，實施例D5中加入了120重量份的TiO ₂-A。實施例D4-D5的(log(η ₀)/log(η _∞))值皆落在1.5以上。其中，實施例D5的(log(η ₀)/log(η _∞))相較於實施例D4有所下降，這是由於黏度量測數值正常跳動導致。

接著參照第5圖。第5圖為不同實施例及比較例在常溫下(25℃±5℃)的對數黏度(log(η))與剪切率的對數(log(γ))的關係圖，圖中，「η ₀」為常溫下，剪切率(γ)為1×10 ^-3s ^-1時複合封裝材料的黏度；「η _∞」為常溫下，剪切率(γ)為1×10 ²s ^-1時複合封裝材料的黏度。其中，線D3為實施例D3的log(η)-log(γ)圖，線C5為實施例C5的log(η)-log(γ)圖，線A2為實施例A2的log(η)-log(γ)圖，線B4為實施例B4的log(η)-log(γ)圖，線B0為比較例B0的log(η)-log(γ)圖。可以看到本案所揭露複合封裝材料的黏度隨著剪切率的上升而下降，且(log(η ₀)/log(η _∞))落在1.1-2.5的範圍。相對於此，不包含本案所揭露特定黏度改質劑的比較例B0的黏度在不同剪切率下幾乎不變，且(log(η ₀)/log(η _∞))大約為1。另外，在剪切率(γ)為1×10 ²s ^-1時，本案所揭露複合封裝材料的黏度與比較例B0的黏度相差不大。

由以上實施例及比較例能夠看出本案所揭露的複合封裝材料具有抗沉降效果且能自行形成透鏡狀，同時也能保持其加工性。

在本揭露中，通過在封裝材料中加入黏度改質劑，且所述黏度改質劑具有能與封裝材料中高分子膠材形成非共價作用力的官能基團，使複合封裝材料呈纏繞網狀結構，在非受力的狀態下具有較高的黏性，以維持其形狀，並避免封裝材料中螢光粉的沉降。此外，本案所揭露的複合封裝材料在受力狀態下，黏度會降低，使其具有良好的加工性，能夠在點膠等封裝製程中順利使用。

以上概述數個實施例或示例之部件，以便在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可更易理解本發明實施例的觀點。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，他們能以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解到，此類等效的製程和結構並無悖離本發明的精神與範圍，且他們能在不違背本發明之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。

10:高分子膠材 20:黏度改質劑 30:非共價作用力 40:光學裝置 410:封裝基板 420: 發光二極體晶片 430:封裝材料 50: 光學裝置 510:封裝基板 520: 發光二極體晶片 530:封裝材料 531:高分子膠材 533:螢光粉 60:點膠針筒 A2:線 B0:線 B4:線 C5:線 D3:線 H:高度 W:寬度

以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例的特徵。第1A圖是根據一些實施例，習知封裝材料的對數黏度(log(η))與剪切率的對數(log(γ))之關係示意圖。第1B圖是根據一些實施例，揭露複合封裝材料的對數黏度(log(η))與剪切率的對數(log(γ))之關係示意圖。第2A圖是根據一些實施例，揭露複合封裝材料在靜止狀態下的結構示意圖。第2B圖是根據一些實施例，揭露複合封裝材料在受力狀態下的結構示意圖。第3圖是根據一些實施例，包括揭露複合封裝材料的光學裝置的示意圖。第4圖是根據另一些實施例，包括揭露複合封裝材料的光學裝置的示意圖。第5圖是不同示例的對數黏度(log(η))與剪切率的對數(log(γ))之關係圖。

A2:線 B0:線 B4:線 C5:線 D3:線

Claims

一種複合封裝材料，包括：(A)高分子膠材，包括：矽氧樹脂、環氧樹脂、氟樹脂、或上述之組合；以及(B)黏度改質劑，包括：高分子材料、奈米材料、或上述之組合，其中該黏度改質劑(B)具有能與該高分子膠材(A)形成非共價作用力的官能基團；其中，在常溫的狀態下，該複合封裝材料在剪切率為1×10^-3s^-1時的對數黏度(log(η₀))，與該複合封裝材料在剪切率為1×10²s^-1時的對數黏度(log(η_∞))之比值(log(η₀)/log(η_∞))為1.1-2.5。
請求項1之複合封裝材料，其中該複合封裝材料呈網狀纏繞結構。
如請求項1之複合封裝材料，其中該非共價作用力包括凡得瓦力、氫鍵、離子鍵、疏水作用力、或上述之組合。
如請求項1之複合封裝材料，其中該高分子膠材(A)具有矽氧烷鍵或碳氫鍵、或其組合。
如請求項1之複合封裝材料，其中該黏度改質劑(B)的該官能基團包括-OH、=NH、-NH₂、鹵基、碳氫鏈、或上述之組合。
請求項1之複合封裝材料，其中該高分子材料包括聚醯胺蠟、有機膨潤土、氫化蓖麻油、或上述之組合。
如請求項1之複合封裝材料，其中該奈米材料的粒徑為1nm-500nm。
如請求項1之複合封裝材料，其中相對於100重量份的該高分子膠材(A)，該奈米材料為0.1-130重量份(Wt%)。
如請求項1之複合封裝材料，其中該奈米材料包括發光材料、非發光材料、或上述之組合。
如請求項9之複合封裝材料，其中該發光材料包括量子點。
如請求項9之複合封裝材料，其中該非發光材料包括TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、或上述之組合。
如請求項1之複合封裝材料，其中相對於100重量份的該高分子膠材(A)，該高分子材料為1-100重量份(Wt%)。
如請求項1之複合封裝材料，其中該複合封裝材料更包括螢光粉。
一種光學裝置，包括如請求項1-13中任一項所述的複合封裝材料。
如請求項14之光學裝置，其中光學裝置更包含一發光單元，該複合封裝材料覆蓋該光學裝置之該發光單元。