專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，以下簡稱LED)，是一種由半導體材料所制成的元件，因為能將電能轉換為光，所以屬于一種微細的固態(tài)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特佳，且能配合輕、薄、短、小的設計需求，被普遍應用于日常生活的各式產(chǎn)品中。
發(fā)光二極管的種類繁多，依其發(fā)光波長，大致可區(qū)分為可見光與不可見光兩類，其中可見光的發(fā)光二極管，主要是以顯示用途為主，并以亮度1燭光(cd)作為一般LED及高亮度LED的分界點，一般LED是廣泛應用于各種室內(nèi)顯示產(chǎn)品上，高亮度LED則適合于戶外顯示的產(chǎn)品上，如汽車第三煞車燈、戶外資訊看板及交通號志等。至于不可見光LED，如紅外線LED，則是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。
目前，波長為350-400nm的紫外光發(fā)光二極管(UV Light emitting diode，簡稱UVLED)的生產(chǎn)與應用正在迅速發(fā)展中，該種發(fā)光二極管主要是利用所產(chǎn)生的紫外光光子，激發(fā)其上所涂布的熒光或磷光粉體，以將紫外光轉換成為不同顏色的可見光，并藉由調(diào)整紅、綠、藍色熒光或磷光粉體的配方，以令其在適當?shù)谋壤龡l件下，以產(chǎn)生白光。就目前的技術而言，由紫外光發(fā)光二極管所衍生出的白光發(fā)光二極管，其亮度已可達60lm/W，預計2010年時，將可高達100lm/W-120lm/W，因此，在擁有120lm/W亮度的優(yōu)勢下，白光發(fā)光二極管將有良好的機會取代日光燈(其亮度約為120lm/W)及白熾燈(其亮度約為10lm/W)，作為室內(nèi)外照明的明日之星。
白光發(fā)光二極管具有體積小、發(fā)熱量低(無熱輻射)、耗電量低(低電壓及低電流啟動)、壽命長(10,000小時以上)、反應速度決(可高頻操作)、耐震耐沖擊性強、環(huán)保相容性佳(廢棄物可回收、無污染)及可平面封裝經(jīng)薄短小)等優(yōu)點，除可應用于照明領域，如攜帶式手電筒、指示燈及顯示器背光光源等裝置上外，未來十年內(nèi)，預料將被普遍應用于汽車及室內(nèi)外照明等場所。由于，應用于照明的白光LED較現(xiàn)行光源壽命提高5倍以上，故可取代目前的日光燈管，且充分解決廢棄燈管的含汞環(huán)保問題。
查，一般所謂的紫外光線，可區(qū)分為A射線(Ultraviolet-A rays，以下簡稱UVA)、B射線(Ultrayiolet-Brays，以下簡稱UVB)及C射線(Ultraviolet-Crays，以下簡稱UVC)等三種，其中UVA可再被細分為長波UVA及短波UVA，UVC則很少會落到地面，只有UVA和UVB會對我們有影響。根據(jù)醫(yī)學研究得知，即時地被UVA、UVB照射到，不僅能使皮膚發(fā)紅、變黑、脫皮或發(fā)癢，若長期被UVA、UVB照射，更會使皮膚逐漸變干，并令皮膚色素沉淀，出現(xiàn)雀斑。此外，皮膚的新陳代謝速度亦會減慢區(qū)，而逐漸堆積的死皮將使皮膚變得組糙，并令膠質流失，使皮膚失去彈性、松弛、老化或出現(xiàn)皺紋，同時增加了罹患皮膚癌的機會。
以紫外光激發(fā)熒光或磷光粉體為白光發(fā)光二極管中的一種發(fā)光方式，然而，由于發(fā)光二極管上所涂布的熒光或磷光粉體的顆粒大小僅約1-20微米，因此，二極管所產(chǎn)生的紫外光光子，經(jīng)常在未對熒光或磷光粉體產(chǎn)生激發(fā)作用前，即已外漏，而外漏的紫外光波長350-400nm恰巧在UVA波段的范圍內(nèi)(320-400nm)，由于，UVA波段的紫外光已被證實是導致人體皮膚老化及皮膚癌的元兇，尤其是，累積性的傷害其效果最為可怕。因此，若未能事先加以防范，屆時，白光發(fā)光二極管普遍被應用于日常生活時，人體皮膚將因經(jīng)常曝露在UVA波段紫外光的照射環(huán)境下，而遭致重大傷害。
因此，如何研發(fā)出一種發(fā)光二極管晶粒，可發(fā)射出更明亮白光，并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，實是目前刻不容緩的一重要課題。
有鑒于前述傳統(tǒng)白光發(fā)光二極管的諸多缺失，發(fā)明人經(jīng)過長久努力研究與實驗，終于開發(fā)設計出本發(fā)明的一種發(fā)光二極管及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術的上述不足，而提供一種可制作出高亮度且無紫外光污染的發(fā)光二極管及其制造方法。
本發(fā)明的發(fā)光二極管及其制造方法是由如下技術方案來實現(xiàn)的。
一種發(fā)光二極管，其特征是于發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍設有由發(fā)光材料、復合無機粉體共同且均勻地混合入一膠體中所形成的混合物的涂覆層，其中該復合無機粉體，是包括至少一種無機粉體與至少一種絕緣性氧化物，該等無機粉體是具納米尺度，且在被紫外光照射下可分解出能自由移動的電子和空穴；該等絕緣性氧化物，其尺度比各該無機粉體更小，是覆蓋于各該無機粉體的表面。
除上述必要技術特征外，在具體實施過程中，還可補充如下技術內(nèi)容其中該復合無機粉體的粒徑微小，且混合入該膠體中，并涂布于發(fā)光二極管晶粒上時，呈現(xiàn)無色透明狀態(tài)，且具有有效地反射紫外光光子，而令約85％的可見光光子穿透的特性。
其中該無機粉體的粒徑，為1-500nm的納米尺度。
其中各該絕緣性氧化物的粒徑，為0.1-50nm的納米尺度。
其中該發(fā)光材料的成分，是熒光粉體。
其中該發(fā)光材料的成分，是磷光粉體。
其中該發(fā)光材料的成分，是由該熒光粉體與磷光粉體，依一定比例相互混合而成。
其中該膠體的成分，是該復合無機粉體及該發(fā)光材料均勻膠合在一起的透明膠合材料。
本發(fā)明還提供一種用于權利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法。
一種用于權利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，該發(fā)光二極管的主要材料是包括一發(fā)光材料、一納米尺度的復合無機粉體及一膠體，其特征是該制造方法包括下列步驟首先，將該復合無機粉體與該發(fā)光材料，分別加入該膠體中；而后，將該復合無機粉體、該發(fā)光材料及該膠體，均勻地混合成一混合物最后，依實際需要，取適量的該混合物，涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍上；待該混合物被涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍后，該混合物中的該發(fā)光材料，可被該發(fā)光二極管晶粒所產(chǎn)生的紫外光光子激發(fā)，產(chǎn)生可見光，而該混合物中懸浮在該膠體內(nèi)的該復合無機粉體，則可反射其余未能直接激發(fā)該發(fā)光材料的紫外光光子，并令其有機會在反射過程中，再度激發(fā)該發(fā)光材料，產(chǎn)生可見光。
該發(fā)光二極管制造方法，除上述必要技術特征外，在具體實施過程中，還可補充如下技術內(nèi)容其特征是其中該復合無機粉體的混合比例約為1-40Wt％。
其中該發(fā)光材料的混合比例為1-40Wt％。
其中該膠體的混合比例為2-98wt％。
本發(fā)明的主要技術是將納米尺度的復合無機粉體，均勻地混入具有熒光粉體或磷光粉體的膠體中，形成一混合物，并將該混合物涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒上，使該發(fā)光二極管晶粒所產(chǎn)生的紫外光光子，可激發(fā)熒光粉體或磷光粉體，而產(chǎn)生可見光，而該混合物中懸浮在該膠體內(nèi)的該復合無機粉體，則可反射其余未能直接激發(fā)該發(fā)光材料的紫外光光子，并令其有機會在反射過程中，再度激發(fā)該發(fā)光材料，產(chǎn)生可見光。因此，本發(fā)明的混合物可令該發(fā)光二極管晶粒所散射出的紫外光光子，與該發(fā)光材料充分地發(fā)生作用，以在該發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍上，發(fā)射出更明亮的白光，并大幅減少了紫外光的產(chǎn)生，以避免人體皮膚受到紫外光的傷害。
本發(fā)明的顯著效果如下發(fā)光二極管晶粒所發(fā)出的紫外光光子，能充分與其上所涂布的熒光粉體或磷光粉體產(chǎn)生作用，以避免未作用的紫外光光子，直接輻射至大氣，而對人體皮膚造成傷害。
茲為對本發(fā)明的目的、形狀、構造裝置特征及其功效，做更進一步的認識與了解，茲舉實施例配合附圖詳細說明如下


圖1是本發(fā)明的平面示意圖。
圖2是本發(fā)明的復合無機粉體其穿透比與波長的關系圖。
圖3是本發(fā)明的制造流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種發(fā)光二極管及其制造方法，請參閱圖1所示，其是將發(fā)光材料2與納米尺度(nanometer，簡稱nm)的復合無機粉體1等材料，共同且均勻地混合入一膠體3中，形成一混合物，使該混合物被涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒4的表面或其周圍后，該混合物中的該發(fā)光材料2可被該發(fā)光二極管晶粒4所產(chǎn)生的紫外光光子5激發(fā)，產(chǎn)生可見光，而該混合物中懸浮在該膠體3內(nèi)的該復合無機粉體1，則可反射其余未能直接激發(fā)該發(fā)光材料2的紫外光光子5，并令其有機會在反射過程中，再度激發(fā)該發(fā)光材料2，產(chǎn)生可見光。
由于本發(fā)明的混合物，可令該發(fā)光二極管晶粒4所散射出的紫外光光子5，與該發(fā)光材料2充分地發(fā)生作用，因此，藉由本發(fā)明，即可令該發(fā)光二極管晶粒4的表面或其周圍上，發(fā)射出更明亮的白光，并且大幅減少了紫外光的外漏，以避免人體皮膚受到紫外光的傷害。
本發(fā)明中，復請參閱圖1所示，各該復合無機粉體1是包括至少一種無機粉體11(如氧化鋅、二氧化鈦等)與至少一種絕緣性氧化物12(如二氧化硅、三氧化二鋁)，其中該等無機粉體11是具納米尺度(其粒徑介于1-500nm，但以5-200nm為最佳)，且在被紫外光照射下可分解出能自由移動的電子和空穴，至于該等絕緣性氧化物12，其尺度更小(其粒徑介于0.1-50nm，但以2-25nm為最佳)，是被覆蓋于各該無機粉體11的表面。
然而，為何于各該無機粉體11的表面，必須覆蓋該等絕緣性氧化物12呢？是因該無機粉體11經(jīng)紫外光照射后可分解出能自由移動的電子和空穴，此一情形，其會使繆體3中的有機物質發(fā)生氧化反應而變質，因此，本發(fā)明于具納米尺度的無機粉體11(如氧化鋅、二氧化鈦等)的表面上，再覆蓋尺度更小的絕緣性氧化物12(如二氧化硅、三氧化二鋁等)，將可有效降低該無機粉體11分解出能自由移動的電子和空穴數(shù)目。
于前文中曾提及，該混合物被涂布或鍍于一發(fā)光二極管晶粒4的“表面”上或其“周圍”，是指該混合物不僅可直接涂布或鍍于一發(fā)光二極管晶粒4的表面上，若該發(fā)光二極管晶粒4是被封裝于—塑膠殼體上(關于發(fā)光二極管晶粒4如何被封裝的技術，非本專利的重點，故在此不多加贅述)時，亦可將該混合物涂布或鍍于該塑膠殼體上，使該混合物中的該發(fā)光材料2，可被該發(fā)光二極管晶粒4所產(chǎn)生的紫外光光子5激發(fā)，產(chǎn)生可見光。
在本發(fā)明中，復請參閱圖1所示，該復合無機粉體1主要為氧化鋅、二氧化鈦，或為氧化鎂、高嶺土、硫酸鈣或滑石粉......等的化合物，亦可為包含氧化鋅、二氧化鈦、氧化鎂、高嶺土、硫酸鈣、及滑石粉等化合物依一定比例混合而成的一混合物，在本發(fā)明的一較佳實施例中，該混合物可為一由氧化鋅與二氧化鈦混合而成的混合物，但，本發(fā)明所主張的權利范圍，并不局限于此，凡熟悉該項技藝人士，依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術內(nèi)容，利用其它復合無機粉體所混合而成的混合物，如利用氧化鋅與二氧化鈦，或二氧化鈦、氧化鎂及高嶺土，或硫酸鈣與滑石粉，或二氧化鈦與滑石粉.......等化合物，依一定組合比例，混合而成的混合物，均是以下本發(fā)明所指的混合物。該等復合無機粉體1具有粒徑微小，且混合入該混合物中，并涂布于發(fā)光二極管晶粒4上時，可呈現(xiàn)無色透明狀態(tài)，以有效反射紫外光光子，并令約至少85％以上的可見光光子穿透該混合物的特色。
在本發(fā)明中，復請參閱圖1所示，該發(fā)光材料2的成分可為熒光粉體或磷光粉體，其中該熒光粉體或該磷光粉體的顏色，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(fā)，因而產(chǎn)生白光的熒光粉體或磷光粉體均可，至于該膠體3的成份，是為可令該復合無機粉體及該發(fā)光材料均勻膠合在一起的透明膠合材料，如環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)。
在本發(fā)明的一較佳實施例中，請參閱圖1、2所示，根據(jù)發(fā)明人的實驗結果得知，如采用納米尺度(如1-500nm)的復合無機粉體1(如氧化鋅上覆蓋二氧化硅或二氧化鈦上覆蓋三氧化二鋁)，其粒徑微小，因此，將其混合入該混合物中，并涂布于發(fā)光二極管晶粒4上時，是呈現(xiàn)無色透明狀態(tài)，以有效地反射紫外光光子5，并令約85％的可見光光子穿透過(如圖2所示)；但反之，若使用較大的微米尺度的復合無機粉體1，則因為透明度變差，將導致發(fā)光二極管晶粒4的亮度衰減，因此，“復合無機粉體1的粒徑大小”與“亮度”間，有著一定的相對關系。故，為令達到最佳的功效，該復合無機粉體1、該發(fā)光材料2與該膠體3可依下列步驟及一定的混合比例，請參閱圖3所示，制作出本發(fā)明的該混合物(101)首先，將I-40wt％(重量百分比)具納米尺度(1-500nm)的復合無機粉體1(如氧化鋅、二氧化鈦)，與1-40wt％的發(fā)光材料2(如熒光粉或磷光粉)，共同加入于20-98wt％的膠體3(如環(huán)氧樹脂)中；(102)將該復合無機粉體1、該發(fā)光材料2及該膠體3，均勻地混合成一混合物；(103)最后，再依實際需要，取適量的該混合物，涂布于發(fā)光二極管晶粒4的表面或其周圍，即可形成本發(fā)明的發(fā)光二極管結構。
依循上述的步驟及一定的混合比例，即可令該混合物呈現(xiàn)無色透明狀態(tài)，而令約85％(如圖1、2所示)的可見光光子穿透過，并可有效地反射紫外光光子5，故，該結構不僅可令發(fā)光二極管晶粒4發(fā)射出更加明亮的白光，并可減少或避免其所產(chǎn)生的紫外光光子5，直接向外輻射而照射于人體皮膚的現(xiàn)象。
以上所述，僅為本發(fā)明最佳的一具體實施例，但本發(fā)明的制造步驟及構造特征，并不局限于此，任何熟悉該項技藝者在本發(fā)明領域內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明所揭露的技術內(nèi)容，添加入其它可輕易思及的化合物(如快干劑、硬化劑、光擴散劑、抗沉淀劑、色料，或其它溶劑等)，皆涵蓋在本案的權利要求范圍中。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，其特征是于發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍設有由發(fā)光材料、復合無機粉體共同且均勻地混合入一膠體中所形成的混合物的涂覆層，其中該復合無機粉體，是包括至少一種無機粉體與至少一種絕緣性氧化物，該等無機粉體是具納米尺度，且在被紫外光照射下可分解出能自由移動的電子和空穴；該等絕緣性氧化物，其尺度比各該無機粉體更小，是覆蓋于各該無機粉體的表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是其中該復合無機粉體的粒徑微小，且混合入該膠體中，并涂布于發(fā)光二極管晶粒上時，可呈現(xiàn)無色透明狀態(tài)，且具有可有效地反射紫外光光子，而令約85％的可見光光子穿透的特性。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是其中該無機粉體的粒徑，為1-500nm的納米尺度。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是其中各該絕緣性氧化物的粒徑，為0.1-50nm的納米尺度。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是其中該發(fā)光材料的成分，是熒光粉體。
6.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是其中該發(fā)光材料的成分。是磷光粉體。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的發(fā)光二極管，其特征是其中該發(fā)光材料的成分，是由該熒光粉體與磷光粉體，依一定比例相互混合而成。
8.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征是其中該膠體的成分，是該復合無機粉體及該發(fā)光材料均勻膠合在一起的透明膠合材料。
9.一種用于權利要求1所述的發(fā)光二極管的制造方法，該發(fā)光二極管的主要材料是包括一發(fā)光材料、一納米尺度的復合無機粉體及一膠體，其特征是該制造方法包括下列步驟首先，將該復合無機粉體與該發(fā)光材料，分別加入該膠體中；而后，將該復合無機粉體、該發(fā)光材料及該膠體，均勻地混合成一混合物最后，依實際需要，取適量的該混合物，涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍上；待該混合物被涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍后，該混合物中的該發(fā)光材料，可被該發(fā)光二極管晶粒所產(chǎn)生的紫外光光子激發(fā)，產(chǎn)生可見光，而該混合物中懸浮在該膠體內(nèi)的該復合無機粉體，則可反射其余未能直接激發(fā)該發(fā)光材料的紫外光光子，并令其有機會在反射過程中，再度激發(fā)該發(fā)光材料，產(chǎn)生可見光。
10.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征是其中該復合無機粉體的混合比例約為1-40Wt％。
11.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征是其中該發(fā)光材料的混合比例為1-40Wt％。
12.根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光二極管制造方法，其特征是其中該膠體的混合比例為2-98wt％。
全文摘要
一種發(fā)光二極管及其制造方法，該方法是將發(fā)光材料(如熒光粉或磷光粉)與納米尺度(如1－500nm)的復合無機粉體等材料，均勻混合入一膠體(如環(huán)氧樹脂)中，形成一混合物。將該混合物涂布或鍍于發(fā)光二極管晶粒的表面或周圍，混合物中的發(fā)光材料被發(fā)光二極管晶粒所產(chǎn)生的紫外光光子激發(fā)，產(chǎn)生可見光。而混合物中懸浮在膠體內(nèi)的復合無機粉體，則可反射其余未能直接激發(fā)該發(fā)光材料的紫外光光子，并在反射過程中，再度激發(fā)該發(fā)光材料，產(chǎn)生可見光。因此，本發(fā)明的混合物可令該發(fā)光二極管晶粒所散射出的紫外光光子，與該發(fā)光材料充分地發(fā)生作用，以在該發(fā)光二極管晶粒的表面或其周圍，發(fā)射出更明亮的可見光，并大幅減少紫外光的產(chǎn)生。
文檔編號H01L33/00GK1549355SQ0313093
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月8日 優(yōu)先權日2003年5月8日
發(fā)明者劉如熹, 陳春夏, 廖秋峰 申請人:連營科技股份有限公司