![]() 用於發光二極體之模製反射結構
专利摘要:
本發明係針對一種用於光源之模製反射結構,該光源可為發光二極體(「LED」)。該結構包括一反射器,該反射器在其中界定一腔。該腔係由至少一反射側壁圍繞,且具有小於約50 mm之最大尺寸。該至少一反射側壁進一步具有在460 nm下大於約85%之初始反射率及大於約80之初始白度指數。該反射器係由一熱塑性聚合物組合物製成,該熱塑性聚合物組合物含有一材料,以使得該至少一反射側壁吸收在電磁光譜之紫外線及紫光區域中之光且重新發射在藍光區域中的光。 公开号:TW201308699A 申请号:TW101113316 申请日:2012-04-13 公开日:2013-02-16 发明作者:Bing Lu 申请人:Ticona Llc; IPC主号:H01L33-00
专利说明:
用於發光二極體之模製反射結構 發光二極體(通常被稱為LED)作為用於許多不同應用中之光源愈來愈風行。尤其在近五年中,對LED之需求已迅速地增長。歸因於LED勝於習知光源之許多優點,LED在眾多應用中用作光源。LED一般消耗顯著小於白熾光源及其他光源之電力、需要低電壓來操作、抵抗機械衝擊、需要低維護,且在操作時產生最小的熱。結果,LED在許多用途中正取代白熾光源及其他光源且已用作(例如)交通信號燈、大面積顯示器、室內及室外照明、蜂巢式電話顯示器、數位時脈顯示器、用於消費型電器之顯示器、閃光燈及其類似者。 LED一般包括安裝於電連接至引線框架之基板上的發光二極體。引線框架通常包括用於將LED連接至電源之兩個端子。發光二極體為以類似於製造積體電路之方式的方式所製造的半導體裝置。舉例而言,發光二極體可由順序地沈積於半導體基板上之若干材料層製成。在半導體材料內之發光二極體包括藉由作用層與p型材料分開的n型材料。當將電壓施加至二極體時,來自p型材料之正電荷或「電洞」朝向作用層移動,而來自n型材料之負電荷或電子在產生光之相反方向上亦朝向作用層移動。特定言之,移動之電子以光子之形式釋放能量。因此,LED之一重要優點在於,裝置產生光,而無將隨時間流逝燒毀之燈絲。因此,LED持續相對長的時間、可製成為極其緊密的且為極其耐久的。此外,由於並未加熱燈絲以便產生光,因此LED亦為極其能量有效的。 在製造發光二極體之後,可將半導體晶片安裝於鄰近於反射器處且連接至引線框架。引線框架可包括用於將電力施加至總成之陽極端子及陰極端子。在某些實施例中,可由半透明或透明樹脂密封位於反射器內之LED元件。透明或半透明樹脂可充當透鏡以用於進一步增強所發射之光。 用於LED之反射器亦可充當用於LED之外殼且通常由模製聚合樹脂製成。舉例而言,聚合樹脂可經射出模製以形成外殼及反射器。在一實施例中,在引線框架之上射出模製聚合樹脂以用於將引線框架整合至LED總成中。 用以形成反射器之模製聚合物樹脂較佳擁有特性與性質之特定組合。舉例而言,聚合物樹脂應非常適合於反射處於LED操作之波長下的光。許多LED(例如)經設計以發射白光。因此,用以形成反射器之聚合物樹脂應反射在可見光區域中之大量光且特定言之應反射在藍光波長範圍中的大百分比之光。舉例而言,已發現反射在藍光波長範圍中之光顯著地增強LED之亮度,此係因為發射白光之LED發射在藍光波長範圍中的大量光。儘可能高地增加反射器之反射率會最小化在操作LED時的光損失。 用以形成反射器之聚合物樹脂亦應擁有高的白度指數。反射器之白度指數指示反射器可反射在整個可見光波長範圍(自約400 nm至約700 nm)內之光的程度。一般而言,材料之白度指數愈高,材料之反射率愈高。擁有白度指數值100之材料(例如)被視為實質上完美之反射擴散器。 除了具有極佳的反射性質之外,用以形成反射器之聚合物樹脂在零件之射出模製期間亦應具有良好的熔融流動性質。舉例而言,許多LED結構係相對小的,具有時常可小於1毫米之尺寸。取決於特定應用及在LED中之引線板的幾何形狀,反射器亦可具有相對複雜的形狀。因此,當加熱聚合物樹脂時,聚合物應具有足夠流動性質以便均勻地且重複地填充模之間隙。聚合物樹脂亦應具有在處理期間不波動之穩定黏度。 除了以上內容之外,當焊接至鄰近零件上時抑或當曝露至LED之操作溫度時,用以形成反射器之聚合物樹脂亦應具有足夠的耐熱性(包括長期老化穩定性)。許多LED總成(例如)係使用在高達約260℃之溫度下操作之回焊爐焊接製程附接至電路板及其他基板。聚合物樹脂應對回焊製程具有良好的耐熱性質且在經受焊接條件時不應起泡或以其他方式劣化。 在使用期間,LED亦產生由反射器吸收之熱。在過去幾年中,隨著LED元件功率之增加,由LED產生之熱量亦增加。當在焊接期間經受熱及/或在使用期間經受熱時,聚合物樹脂之反射性質不應劣化。在過去,舉例而言,在使用期間曝露至高溫及/或重複加熱與冷卻使聚合物樹脂發黃。發黃使樹脂之白度指數降低。發黃尤其為發射藍光之LED的問題,此係因為黃色表面具有吸收在藍光波長範圍中之光的趨勢。 除了以上內容之外,反射器一般為薄的小零件且需要令人滿意的機械強度。因此,反射器亦應具有足夠的抗衝擊強度,以避免在LED之裝配期間及在LED之使用期間破裂。 在題為「Light-Emitting Diode Assembly Housing Comprising Poly(cyclohexanedimethanol terephthalate)Compositions」之美國專利公開案第2007/0213458號中,揭示用於LED之反射器,該反射器係由聚(對苯二甲酸環己烷二甲醇酯)(下文中為「PCT」)組合物製成。以引用的方式併入本文中之'458申請案已在LED之設計及功能方面取得重大進步。然而,本發明係針對進一步改良。特定言之,本發明大體上係針對模製反射結構。該結構包括由提供改良之反射特性之組合物形成的反射器。 大體而言,本發明係針對用於光源之模製反射結構。此等結構具有改良之反射特性。 如下文更詳細描述,本發明之結構包括反射器。在一實施例中,形成反射器以便使其具有相對高的初始反射率及初始白度指數。該反射器係由熱塑性聚合物組合物製成,該熱塑性聚合物組合物含有提供改良之反射特性之合適材料。舉例而言,含於熱塑性聚合物組合物中之材料允許反射器之反射側壁吸收在電磁光譜之紫外線及紫光區域中之光且重新發射在藍光區域中的光。由於發射白光之光源發射大量在藍光區域中之光,因此反射在藍光區域中之光顯著地增強與反射器相關聯的光源(諸如,LED)之亮度。 反射側壁可具有在460 nm下大於約85%(諸如大於約90%、諸如大於約93%、諸如大於約95%)之初始反射率。在460 nm下之初始反射率一般小於103%,諸如小於約100%。 另外,反射側壁可具有大於約80(諸如大於約86、諸如大於約92、諸如大於約95)之初始白度指數。初始白度指數一般小於100,諸如小於約98。 熱塑性聚合物組合物可含有任何合適聚合物。舉例而言,組合物可包括PCT樹脂。另外,在一些實施例中,組合物可包括合適之光學增亮劑,諸如苯并噁唑。 在一些實施例中,模製反射結構包括光源,諸如LED。光源定位於反射器之腔中且連接至反射器之各種組件。此外,該腔可由合適之半透明或透明材料佔據。 在說明書之剩餘部分(包括對附隨圖式之參考)中更特定地闡述本發明之完全及使能(enabling)揭示內容,包括其對於熟習此項技術者而言之最好模式。 一般熟習此項技術者應理解,本論述僅為例示性實施例之描述,且不欲限制本發明之較廣態樣。 本發明係針對用於光源之模製反射結構。此等結構具有改良之反射特性。 參看圖1至圖3,展示根據本發明之一實施例之用於光源的模製反射結構10。應理解,儘管說明於圖1至圖3中之結構10被視為俯視結構,但本發明進一步適用於側視結構以及任何其他合適結構。結構10包括反射器12。如所示,反射器12具有頂部14及底部16。至少一側壁18或複數個側壁18各自自頂部14延伸至底部16。舉例而言,兩個、三個、四個或更多側壁18可自頂部14延伸至底部16。側壁18可進一步連接在一起以大體形成結構10之周邊。每一側壁18可為直線的、曲線的,及/或具有在相對於其他部分之任何合適角度處的任何合適側壁部分。 反射器12之頂部14界定反射腔20,反射腔20自界定結構10之頂部14的頂表面22朝向底部16延伸。腔20之內壁具有足以使光源(諸如,LED)凹入於該腔內之深度,該等內壁圍繞且進一步界定腔20。因此,腔20可圍繞光源且用以反射在向外方向上藉由光源所發射之光。 一般而言,腔20可具有任何合適形狀。舉例而言,腔20可為圓柱形、圓錐形、拋物線形,或任何其他合適曲線形式。另外或或者,腔20之壁可為平行的、實質上平行的或錐形的。因此,應理解,腔20可由任何合適數目個壁包圍,每一壁具有任何合適形狀及/或定向。 在如圖1至圖3中所示之一例示性實施例中,腔20可由四個側壁包圍,包括相對之側壁32與34及相對之側壁36與38。該等壁中之每一者可具有大體平滑表面,由此界定腔20之平滑內表面,或可具有任何合適表面紋理。側壁32、34、36、38中之至少一者可為反射側壁。此外,側壁32、34、36、38中之兩者、三者或四者可為反射側壁。另外,應理解,具有任何形狀及/或定向之任何合適數目個側壁可為反射側壁。 每一反射側壁具有相對高的初始反射率,且進一步具有極佳的反射率穩定性。舉例而言,每一反射側壁可具有在460 nm下大於約85%(諸如大於約90%、諸如大於約93%、諸如大於約95%)之初始反射率。在460 nm下之初始反射率一般小於103%(諸如小於約100%)。根據ASTM測試方法1331使用分光色度計來量測反射率。在測試期間,在角度10°處使用CIE D65日光照明體。 另外,每一反射側壁具有相對高的初始白度指數。舉例而言,每一反射側壁可具有大於約80(諸如大於約86、諸如大於約92、諸如大於約95)之初始白度指數。初始白度指數一般小於100(諸如小於約98)。可根據WI E313來量測白度指數。 如所提及,每一反射側壁亦具有極佳的反射率穩定性性質。舉例而言,在製造程序期間,在於200℃下老化4小時之後,反射側壁之白度指數可為至少約70(諸如至少約72、諸如至少約74、諸如甚至大於約75)。在老化之後的白度指數低於初始白度指數。 應理解,本發明並不限於上文所揭示之範圍,而是任何合適的初始反射率、初始白度指數及/或在老化之後的白度指數係在本發明之範疇及精神內。 如所論述,在一些例示性實施例中,反射側壁可具有抛物線形狀。另外或或者,反射側壁可具有自頂表面22朝向反射器12之底部16延伸的錐形表面。舉例而言,在四個側壁32、34、36及38各自為反射的一些實施例中,至少兩個相對之反射側壁可各自具有錐形表面。換言之,反射側壁32及34可具有錐形表面,或反射側壁36及38可具有錐形表面,或所有四個反射側壁32、34、36及38可具有錐形表面。側壁之變尖可發生在自腔20內之光源之位置向外的方向上。另一方面,並非錐形之側壁可為實質上平行的或具有任何其他合適定向。 根據本發明之反射器12具有長度42、寬度44及高度46。根據本發明,反射器12之最大尺寸(諸如,長度42、寬度44及高度46中之最大者)可小於約50毫米(「mm」),諸如小於約30 mm、諸如小於約20 mm、諸如小於約10 mm、諸如小於約8 mm。另外,反射器12通常包括小於5 mm(諸如小於2 mm、諸如甚至小於1 mm)之至少一尺寸,諸如寬度及/或高度。舉例而言,在一些實施例中,長度42可介於約1 mm與約10 mm之間,諸如介於約2 mm與約8 mm之間、諸如介於約2.5 mm與約6 mm之間、諸如介於約2.8 mm與約5.6 mm之間。在一些實施例中,寬度44可在約0.25 mm與約10 mm之間的範圍內,諸如介於約0.5 mm與約8 mm之間、諸如介於約1 mm與約6 mm之間、諸如介於約1.2 mm與約5.2 mm之間。在一些實施例中,高度46可在約0.25 mm與約3 mm之間的範圍內,諸如介於約0.5 mm與約2 mm之間、諸如介於約0.6 mm與約1.5 mm之間、諸如介於約0.8 mm與約1 mm之間。然而,應理解,本發明並不限於上文所揭示之範圍,而是具有任何合適長度、寬度及高度之任何合適反射器12均係在本發明的範疇及精神內。 此外,如上文所提及,反射腔20具有深度48。一般而言,深度48係足以使光源(諸如,LED)凹入於該腔內。因此,在一些實施例中,深度48係小於約5 mm,諸如小於約3 mm、諸如小於約2 mm、諸如小於約1 mm、諸如介於約0.2 mm與約5 mm之間、諸如介於約0.3 mm與約3 mm之間、諸如介於約0.5 mm與約2 mm之間。 本發明之反射器12係由具有極佳反射性質之熱塑性聚合物組合物製成。一般而言,該組合物含有一材料,以使得反射器12之每一反射側壁吸收在電磁光譜之紫外線及紫光區域中的光,該光可介於約300奈米(「nm」)與約400 nm之間,且重新發射在藍光區域中之光,該光可介於約410 nm與約470 nm之間。藉由重新發射在藍光區域中之光,本發明之反射器12顯著地增強反射器12內所含有之光源(諸如,LED)的亮度。 舉例而言,在一些實施例中,本發明之聚合物組合物含有聚(對苯二甲酸1,4-環己烷二甲醇酯)聚合物,該聚合物通常被稱為「PCT」聚合物。聚(對苯二甲酸1,4-環己烷二甲醇酯)為含有來自二羧酸組份及二醇組份之重複單元的聚酯。至少約80莫耳%、更佳至少約90莫耳%及尤其較佳所有二醇重複單元係自1,4-環己烷二甲醇衍生且具有式(I)。 至少約80莫耳%、更佳至少約90莫耳%及尤其較佳所有二羧酸重複單元係自對苯二甲酸衍生且具有式(II)。 PCT聚合物可以至少約20重量%之量存在於組合物中,諸如至少30重量%之量、諸如至少40重量%之量、諸如至少約50重量%之量、諸如至少約60重量%之量。PCT聚合物一般以小於約80重量%之量存在,諸如小於約70重量%之量。在一實施例中,PCT聚合物以自約20重量%至約60重量%之量存在。 然而,應理解,本發明並不限於包括上文所揭示之PCT聚合物的組合物,而是任何合適的熱塑性聚合物組合物係在本發明之範疇及精神內。 在一些實施例中,組合物可包括一或多種白色顏料。舉例而言,白色顏料可以大於10重量%之量存在,諸如至少約15重量%之量、諸如至少20重量%之量、諸如至少25重量%之量。此外,白色顏料一般以小於60重量%之量存在於組合物中,諸如小於約50重量%之量。白色顏料可大體增加反射器12之反射率。可包括於組合物中之合適白色顏料的實例包括二氧化鈦、氧化鋅、鉛白、氧化鋁、硫酸鋇及其類似者。 本發明之組合物可另外或或者含有各種其他熱塑性聚合物。舉例而言,在一些實施例中,其他熱塑性聚合物可以自約1重量%至約15重量%之量存在。可包括之其他熱塑性聚合物包括其他聚酯聚合物、液晶聚合物或其混合物。 除了以上內容之外,組合物亦可含有各種其他添加劑及成份。舉例而言,組合物可含有各種熱穩定劑及氧化穩定劑、紫外光穩定劑、增亮劑,及其類似者。在一特定實施例中,組合物可包括合適的光學增亮劑,諸如苯并噁唑。舉例而言,組合物可包括苯并噁唑、2,2'-(1,2-乙烯二基二-4,1-伸苯基)雙-(其具有CAS登記號1533-45-5)或另一合適的苯并噁唑。光學增亮劑可進一步增強反射器12之反射率。 在一些實施例中,使用熔融流動處理技術,本發明之熱塑性聚合物組合物能夠形成反射器12。舉例而言,該組合物可經吹模或射出模製以形成反射器。本發明之具有特定優點之組合物可經配製以便具有能夠同時形成數百個反射器之熔融流動性質。 因此,在一些實施例中,組合物可包含熔融混合摻合物,其中所有聚合組份良好地分散於彼此內且所有非聚合成份良好地分散於聚合物基質中且藉由聚合物基質黏結,使得摻合物形成統一整體。可使用任何熔融混合方法來組合聚合組份與非聚合成份。舉例而言,在一實施例中,可將聚合組份及非聚合組份添加至熔融混合器(諸如,單螺桿或雙螺桿擠壓機、摻合器、捏合機或班拍里混煉機(Banbury mixer)),經由單一步驟添加一次性全部添加,抑或以逐步型式添加且接著熔融混合。 根據本發明之反射器12進一步包括引線框架總成50。反射器12之底部16附接至引線框架總成50。舉例而言,在一實施例中,製成反射器之熱塑性聚合物組合物可射出模製於引線框架總成50之上。以此方式,引線框架總成50與反射器12可變得整合在一起。然而,在其他實施例中,反射器12之底部16可以任何合適方式附接至引線框架總成50。總成50包括第一引線框架部件52及第二引線框架部件54。框架部件52及54界定各別第一端子或陽極56及第二端子或陰極58。 在例示性實施例中,本發明之結構10進一步包括光源,諸如LED 60。LED 60經組態以在經由結構10(諸如,經由第一端子56及第二端子58)饋飼電流時發射光。舉例而言,LED 60可包含包括多個材料層的半導體晶片。LED 60可一般包括n型材料層及p型材料層,該n型材料層及該p型材料層形成可連接至電壓源的p-n接面。在一實施例中,舉例而言,p型層可包含經摻雜之砷化鎵鋁,而n型層可包含經摻雜之砷化鎵。然而,應理解,LED 60之任何合適組態係在本發明之範疇及精神內。 如此項技術中一般所知,LED 60包括陽極及陰極(未圖示)。陽極及陰極分別連接至第一引線框架部件52及第二引線框架部件54。舉例而言,如圖1至圖3中所示,第一接合線62及第二接合線64可將LED 60(諸如,LED 60之各別陽極及陰極)連接至第一引線框架部件52及第二引線框架部件54。 如所陳述,LED 60經組態以在經由結構10饋飼電流時發射光。在一些實施例中,舉例而言,可在自約10毫安(「mA」)至約150 mA之電流下驅動LED,諸如自約15 mA至約100 mA、諸如自約20 mA至約65 mA。然而,在其他實施例中,可在自約150 mA至約1500 mA之電流下驅動LED 60。 可在合適電壓下進一步驅動LED 60。舉例而言,在一些實施例中,可在自約3.0伏特(「V」)至約3.4 V之電壓下驅動LED 60。另外,LED 60可具有合適強度。舉例而言,在一些實施例中,LED 60可具有自約1800毫燭光(「mcd」)至約6000 mcd之強度,諸如自約1800 mcd至約2000 mcd或自約4500 mcd至約6000 mcd。 然而,應理解,本發明之LED 60並不限於上文所揭示之電流、電壓或強度,而是具有任何合適之電流、電壓及強度的任何LED 60係在本發明之範疇及精神內。 在一些實施例中,如圖3中所說明,反射器12之腔20可填充有無色材料70(諸如,透明材料或半透明材料)且由此由無色材料70佔據。舉例而言,材料70可為環氧樹脂或聚矽氧材料。在一實施例中,材料70可充當透鏡以用於藉由LED 60所發射之光。透鏡可(例如)在單一方向上聚焦藉由LED 60所發射之光。 根據本發明所製成之模製反射結構10可用於眾多及不同應用中。舉例而言,LED總成可用於交通信號燈、LCD顯示器、背光、蜂巢式電話、汽車顯示燈、汽車前照燈、閃光燈、室內照明、街燈及室外照明應用中。 一般熟習此項技術者可實踐對本發明之此等及其他修改及變化,而不脫離在附加申請專利範圍中更特定地闡述之本發明的精神及範疇。另外,應理解,各種實施例之態樣可整體或部分地互換。此外,一般熟習此項技術者應瞭解,前述描述係僅藉由實例的,且不欲限制在此等附加申請專利範圍中更進一步描述之本發明。 10‧‧‧模製反射結構 12‧‧‧反射器 14‧‧‧頂部 16‧‧‧底部 18‧‧‧側壁 20‧‧‧反射腔 22‧‧‧頂表面 32‧‧‧側壁 34‧‧‧側壁 36‧‧‧側壁 38‧‧‧側壁 42‧‧‧長度 44‧‧‧寬度 46‧‧‧高度 48‧‧‧深度 50‧‧‧引線框架總成 52‧‧‧第一引線框架部件 54‧‧‧第二引線框架部件 56‧‧‧第一端子或陽極 58‧‧‧第二端子或陰極 60‧‧‧發光二極體 62‧‧‧第一接合線 64‧‧‧第二接合線 70‧‧‧無色材料 圖1為根據本發明所製成之模製反射結構之一實施例的俯視平面圖;圖2為說明於圖1中之模製反射結構之橫截面側視圖;及圖3為說明於圖1中之模製反射結構之透視圖。 在本說明書及圖式中之參考字元的重複使用意欲表示本發明之相同或類似特徵或元件。 10‧‧‧模製反射結構 12‧‧‧反射器 14‧‧‧頂部 18‧‧‧側壁 20‧‧‧反射腔 32‧‧‧側壁 34‧‧‧側壁 36‧‧‧側壁 38‧‧‧側壁 42‧‧‧長度 44‧‧‧寬度 50‧‧‧引線框架總成 52‧‧‧第一引線框架部件 54‧‧‧第二引線框架部件 56‧‧‧第一端子或陽極 58‧‧‧第二端子或陰極 60‧‧‧發光二極體 62‧‧‧第一接合線 64‧‧‧第二接合線
权利要求:
Claims (15) [1] 一種用於光源之模製反射結構,其包含:一反射器,其具有一頂部、一底部及自該頂部延伸至該底部之至少一側壁,該頂部界定自一頂表面朝向該底部延伸之一反射腔,該反射腔係由至少一反射側壁圍繞,該反射器具有小於約50 mm之最大尺寸,該底部係附接至一引線框架總成,該引線框架總成包括界定一第一端子之一第一引線框架部件及界定一第二端子的一第二引線框架部件,該至少一反射側壁具有在460 nm下大於約85%之初始反射率且具有大於約80之初始白度指數,該反射器係由一熱塑性聚合物組合物製成,該熱塑性聚合物組合物含有一材料,以使得該至少一反射側壁吸收在電磁光譜之紫外線及紫光區域中之光且重新發射在藍光區域中的光。 [2] 如請求項1之模製反射結構,其中該至少一反射側壁具有抛物線形狀。 [3] 如請求項1之模製反射結構,其中該反射器之該反射腔包括四個反射側壁。 [4] 如請求項3之模製反射結構,其中至少兩個相對之反射側壁具有自該頂表面朝向該反射器之該底部延伸的一錐形表面。 [5] 如請求項1之模製反射結構,其中該反射腔具有小於約3毫米之深度。 [6] 如請求項1之模製反射結構,其中該反射腔具有自約0.5毫米至約2毫米之深度。 [7] 如請求項1之模製反射結構,其中該熱塑性聚合物組合物含有苯并噁唑。 [8] 如請求項1之模製反射結構,其進一步包含一發光二極體,該發光二極體包括連接至該第一引線框架部件之一陽極及連接至該第二引線框架部件之一陰極。 [9] 如請求項8之模製反射結構,其中該腔係由一半透明或透明材料佔據。 [10] 如請求項8之模製反射結構,其中該發光二極體係在自約10 mA至約150 mA之電流下驅動。 [11] 如請求項8之模製反射結構,其中該發光二極體係在自約150 mA至約1500 mA之電流下驅動。 [12] 如請求項8之模製反射結構,其中該發光二極體具有自約1800 mcd至約6000 mcd之強度。 [13] 如請求項1之模製反射結構,其中該反射器具有小於約10 mm之最大尺寸。 [14] 如請求項1之模製反射結構,其中該反射器具有小於約5 mm之至少一尺寸。 [15] 如請求項1之模製反射結構,其中該反射器具有一長度、一寬度及一高度,該長度為自約2 mm至約8 mm,該寬度為自約0.5 mm至約8 mm,且該高度為自約0.5 mm至約2 mm。
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