正溫度系數材料及使用該材料的電阻組件和led照明裝置制造方法
【專利摘要】一種正溫度系數材料及使用該材料的電阻組件和LED照明裝置，該正溫度系數材料包含結晶性高分子聚合物及散布于其中的導電陶瓷填料。結晶性高分子聚合物的熔點小于90℃，且重量百分比介于5%～30%。結晶性高分子聚合物主要包含乙烯、乙烯共聚物或其組合。乙烯共聚物包含酯、醚、有機酸、酐、酰亞胺、酰胺官能基的至少一種。導電陶瓷填料的體積電阻值小于500μΩ-cm，且重量百分比介于70%～95%。該正溫度系數材料于25℃的體積電阻值約0.01～5Ω-cm，且在溫度25℃至80℃之間的電阻差在103倍至108倍之間。
【專利說明】正溫度系數材料及使用該材料的電阻組件和LED照明裝置
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明關于一種正溫度系數材料及組件，以及應用該正溫度系數材料的電阻組件 和LED照明裝置。
【背景技術】
[0002] 由于具有正溫度系數（Positive Temperature Coefficient ;PTC)特性的導電 復合材料的電阻具有對溫度變化反應敏銳的特性，可作為電流或溫度感測組件的材料，且 目前已被廣泛應用于過電流保護組件或電路組件上。由于PTC導電復合材料在正常溫度 下的電阻可維持極低值，使電路或電池得以正常運作。但是，當電路或電池發(fā)生過電流 (over-current)或過高溫（over-temperature)的現象時，其電阻值會瞬間提高至一高電 阻狀態(tài)，即發(fā)生觸發(fā)（trip)現象，從而降低流過的電流值。
[0003] 該導電復合材料的導電率視導電填料的種類及含量而定。一般而言，由于碳黑表 面呈凹凸狀，與聚烯烴類聚合物的附著性較佳，所以具有較佳的電阻再現性。此外，應用于 3C產品的過電流保護組件，相當重視阻值回復性，故散布于結晶性高分子聚合物材料的導 電填料常使用碳黑以得到更加的阻值回復性。然而使用碳黑作為導電填料時，碳黑間的作 用力大，因此常使用高密度聚乙烯（High density polyethylene ;HDPE)作為高分子聚合 物。然而因 HDPE的熔點較高，導致材料不易于低溫觸發(fā)，因此不適用于一些需要低溫觸發(fā) 的場合。此外，即使使用可于低溫觸發(fā)的高分子聚合物材料，若使用碳黑作為導電填料，其 觸發(fā)時電阻彈升幅度往往不足，例如僅有原始電阻值的約100倍左右，而仍有相當大的改 進空間。
【發(fā)明內容】
[0004] 為了達到上述目的，本發(fā)明揭示一種正溫度系數材料及電阻組件，其具有低溫觸 發(fā)的特性，因而可作為LED發(fā)光的調光應用。
[0005] 根據本發(fā)明的第一方面，一種正溫度系數材料包含結晶性高分子聚合物及散布于 其中的導電陶瓷填料。結晶性高分子聚合物的熔點小于90°C，且重量百分比介于5%?30%。 導電陶瓷填料的體積電阻值小于500μ Ω-cm，且重量百分比介于70%?95%。該正溫度系 數材料于25°C的體積電阻值約0. 01?5 Ω-cm，且在溫度25°C至80°C之間的電阻差在103 倍至108倍之間。
[0006] 一實施例中，為了在較低溫就能有觸發(fā)（trip)反應，因此結晶性高分子聚合物 選用較低熔點的高分子材料，例如熔點小于90°C，或小于80°C，或特別是40°C?80°C或 30°C?70°C。結晶性高分子聚合物主要包含乙烯、乙烯共聚物或其組合。乙烯共聚物包 含酯（ester)、醚（ether)、有機酸（organic acid)、酐（anhydride)、酰亞胺（imide)、酰 胺（amide)官能基的至少一種。例如：結晶性高分子聚合物可為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 (EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EEA)、低密度聚乙烯（LDPE)或其混合物。另外，結晶性 高分子聚合物可另加入熔點較高的高密度聚乙烯，以調整整體的結晶性高分子聚合物的熔 點。
[0007] 低密度聚乙烯可用傳統(tǒng)齊格勒-納塔（Ziegler - Natta)催化劑或用茂金屬 (Metallocene)催化劑聚合而成，亦可經由乙烯單體與其它單體(例如：丁烯（butene)、己 烯（hexene)、辛烯（octene)、丙烯酸（acrylic acid)或醋酸乙烯酯（vinyl acetate))共 聚合而成。
[0008] 該導電陶瓷填料則包含碳化鈦（TiC)、碳化鎢（WC)、碳化釩（VC)、碳化鋯（ZrC)、碳 化鈮（NbC)、碳化鉭（TaC)、碳化鑰（MoC)、碳化鉿（HfC)、硼化鈦（TiB 2)、硼化釩（VB2)、硼化 鋯（ZrB2)、硼化鈮（NbB 2)、硼化鑰（MoB2)、硼化鉿（HfB2)、氮化鋯（ZrN)、氮化鈦（TiN)或其混 合物。該導電陶瓷填料的粒徑大小介于〇. 01 μ m至30 μ m之間，較佳粒徑大小介于0. 1 μ m 至10 μ m之間。
[0009] 一實施例中，該正溫度系數材料的觸發(fā)溫度在30°C?55°C之間。
[0010] 一實施例中，為了增加阻燃效果、抗電弧效果或耐電壓特性，正溫度系數材料可另 包含非導電填料，該非導電填料為氧化鎂、氫氧化鎂、氧化鋁、氫氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、碳 酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋇或其混合物。該非導電填料的重量百分比介于0.5%?5%。非導電填 料的粒徑大小主要介于0. 05 μ m至50 μ m之間，且其重量比是介于1%至20%之間。
[0011] 根據本發(fā)明的第二方面，揭示一種電阻組件，其包含二導電金屬層及疊設于該二 導電金屬層間的正溫度系數材料層。該正溫度系數材料層包含前述正溫度系數材料。
[0012] 根據本發(fā)明的第三方面，揭示一種LED照明裝置，其包含第一 LED發(fā)光件、第二LED 發(fā)光件及正溫度系數組件。第二LED發(fā)光件與該第一 LED發(fā)光件串聯連接，且第二LED發(fā) 光件相較于第一 LED發(fā)光件有較嚴重的熱光衰。例如：該第一 LED發(fā)光件為白光LED，而第 二LED發(fā)光件為紅光LED。正溫度系數組件與該第一 LED發(fā)光件串聯，且與該第二LED并 聯。該正溫度系數組件鄰近該第二LED發(fā)光件，以有效感測該第二LED發(fā)光件的溫度，且在 溫度25°C至80°C之間的電阻差在10 3倍至108倍之間。
[0013] 本發(fā)明的正溫度系數組件主要使用具有低熔點的高分子聚合物，且使用低體積電 阻值的導電陶瓷填料，不僅提供低觸發(fā)溫度的特性，且觸發(fā)后電阻仍能大幅彈升，而得以提 供相關場合的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的正溫度系數組件的示意圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明的LED照明裝置的示意圖。
[0016] 其中，附圖標記說明如下：
[0017] 10 PTC 組件
[0018] 11 PTC 材料層
[0019] 12 導電金屬層
[0020] 20 LED照明裝置
[0021] 22 紅光LED發(fā)光件
[0022] 24 白光LED發(fā)光件
【具體實施方式】
[0023] 為讓本發(fā)明的上述和其它技術內容、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出相關 實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
[0024] 以下說明本發(fā)明正溫度系數材料的組成成份及制作過程。一實施例中，正溫度 系數材料的成份及重量(單位：克）如表1所示。其中結晶性高分子聚合物包含熔點小于 9(TC或特別是小于8(TC的材料，例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（ethylene vinyl acetate; EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（ethylene ethyl acrylate ;EEA)、低密度聚乙烯（low density polyethylene ;LDPE)或其混合物等。結晶性高分子聚合物選用烙點亦可為 85〇C，或特別是40°C?80°C或30°C?70°C。另外亦可加入熔點較高的聚合物如高密度 聚乙烯（high density polyethylene ;HDPE)。本實施例中，導電陶瓷填料選用體積電阻 值小于500 μ Ω-cm的材料，例如碳化鈦（TiC)、碳化鎢（WC)或其混合。導電陶瓷填料的 平均粒徑大約介于0. 1至10 μ m之間，粒徑縱橫比（aspect ratio)小于100,或較佳地小 于20或10。實際應用上，導電陶瓷填料的形狀可呈現出多種不同樣式的顆粒，例如：球體 型（spherical)、方體型（cubic)、片狀型（flake)、多角型或柱狀型等。一般而言，因導電 陶瓷填料的硬度相當高，制造方法不同于碳黑或金屬粉末，以致于其形狀亦不同于碳黑或 一些高結構（high structure)的金屬粉末，導電陶瓷粉末顆粒的形狀是以低結構型（low structure)為主。非導電填料選用96. 9wt%純度的氫氧化鎂（Mg(0H)2)。在比較例中，導電 填料使用碳黑。
[0025]【表1】
[0026]
【權利要求】
1. 一種正溫度系數材料，包含： 一結晶性高分子聚合物，熔點小于90°C，且重量百分比介于5%?30%，該結晶性高分子 聚合物包含乙烯或乙烯共聚物，乙烯共聚物包含至少一種以下官能基：酯、醚、有機酸、酐、 酰亞胺和酰胺；以及 一導電陶瓷填料，其體積電阻值小于500 μ Ω-cm,重量百分比介于70%?95%，且散布 于該結晶性高分子聚合物中； 其中該正溫度系數材料于25°C的體積電阻值為0. 01?5 Ω -cm，且在溫度25°C至80°C 之間的電阻差在1〇3倍至1〇8倍之間。
2. 根據權利要求1的正溫度系數材料，其中該結晶性高分子聚合物包含乙烯-醋酸乙 烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、低密度聚乙烯或其混合物。
3. 根據權利要求1的正溫度系數材料，其中該導電陶瓷填料包含碳化鈦、碳化鎢、碳化 釩、碳化鋯、碳化鈮、碳化鉭、碳化鑰、碳化鉿、硼化鈦、硼化釩、硼化鋯、硼化鈮、硼化鑰、硼化 鉿、氮化鋯、氮化鈦或其混合物。
4. 根據權利要求1的正溫度系數材料，其中該結晶性高分子聚合物的熔點為40°C? 80。。。
5. 根據權利要求1的正溫度系數材料，其中該正溫度系數材料的觸發(fā)溫度在30°C? 55°C之間。
6. 根據權利要求1的正溫度系數材料，還包含非導電填料，該非導電填料為氧化鎂、氫 氧化鎂、氧化鋁、氫氧化鋁、氮化硼、氮化鋁或其混合物。
7. 根據權利要求6的正溫度系數材料，其中該非導電填料的重量百分比介于0. 5%? 5%〇
8. -種電阻組件，包含： 二導電金屬層； 一正溫度系數材料層，疊設于該二導電金屬層間，包含： 一結晶性高分子聚合物，其熔點小于90°C，且重量百分比介于5%?30%，該結晶性高 分子聚合物包含乙烯或乙烯共聚物，乙烯共聚物包含至少一種以下官能基：酯、醚、有機酸、 酐、酰亞胺和酰胺；以及 一導電陶瓷填料，其體積電阻值小于500 μ Ω-cm,重量百分比介于70%?95%，且散布 于該結晶性高分子聚合物中； 其中該正溫度系數材料層于25°C的體積電阻值小于0. 01?5 Ω -cm，且在溫度25o°C至 80°C之間的電阻差在103倍至108倍之間。
9. 根據權利要求8所述的電阻組件，其中該正溫度系數材料層的觸發(fā)溫度在30°C? 55°C之間。
10. 根據權利要求8所述的電阻組件，其中該結晶性高分子聚合物的熔點為40°C? 80。。。
11. 一種LED照明裝置，包含： 第一 LED發(fā)光件； 第二LED發(fā)光件，與該第一 LED發(fā)光件串聯連接，且第二LED發(fā)光件相較于第一 LED發(fā) 光件有較嚴重的熱光衰；以及 一正溫度系數組件，與該第一 LED發(fā)光件串聯，且與該第二LED并聯，該正溫度系數組 件鄰近該第二LED發(fā)光件，以有效感測該第二LED發(fā)光件的溫度，且在溫度25o°C至80°C之 間的電阻差在1〇3倍至1〇 8倍之間。
12. 根據權利要求11的LED照明裝置，其中該第一 LED發(fā)光件為白光LED，且第二LED 發(fā)光件為紅光LED。
13. 根據權利要求11的LED照明裝置，其中該正溫度系數組件的觸發(fā)溫度在30°C? 55°C之間。
14. 根據權利要求11的LED照明裝置，其中該正溫度系數組件包含二導電金屬層及一 疊設于該二導電金屬層間的正溫度系數材料層，該正溫度系數材料層包含： 一結晶性高分子聚合物，其熔點小于90°C，且重量百分比介于5%?30%，該結晶性高 分子聚合物包含乙烯或乙烯共聚物，乙烯共聚物包含至少一種以下官能基：酯、醚、有機酸、 酐、酰亞胺和酰胺；以及 一導電陶瓷填料，其體積電阻值小于500 μ Ω-cm,重量百分比介于70%?95%，且散布 于該結晶性高分子聚合物中。
【文檔編號】F21S10/02GK104103390SQ201310361522
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權日:2013年4月12日
【發(fā)明者】羅國彰, 戴維倉, 沙益安, 曾郡騰 申請人:聚鼎科技股份有限公司