正温度系数材料及使用该材料的电阻组件和led照明装置制造方法
【专利摘要】一种正温度系数材料及使用该材料的电阻组件和LED照明装置，该正温度系数材料包含结晶性高分子聚合物及散布于其中的导电陶瓷填料。结晶性高分子聚合物的熔点小于90℃，且重量百分比介于5%～30%。结晶性高分子聚合物主要包含乙烯、乙烯共聚物或其组合。乙烯共聚物包含酯、醚、有机酸、酐、酰亚胺、酰胺官能基的至少一种。导电陶瓷填料的体积电阻值小于500μΩ-cm，且重量百分比介于70%～95%。该正温度系数材料于25℃的体积电阻值约0.01～5Ω-cm，且在温度25℃至80℃之间的电阻差在103倍至108倍之间。
【专利说明】正温度系数材料及使用该材料的电阻组件和LED照明装置
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种正温度系数材料及组件，以及应用该正温度系数材料的电阻组件 和LED照明装置。
【背景技术】
[0002] 由于具有正温度系数（Positive Temperature Coefficient ;PTC)特性的导电 复合材料的电阻具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流或温度感测组件的材料，且 目前已被广泛应用于过电流保护组件或电路组件上。由于PTC导电复合材料在正常温度 下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流 (over-current)或过高温（over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电 阻状态，即发生触发（trip)现象，从而降低流过的电流值。
[0003] 该导电复合材料的导电率视导电填料的种类及含量而定。一般而言，由于碳黑表 面呈凹凸状，与聚烯烃类聚合物的附着性较佳，所以具有较佳的电阻再现性。此外，应用于 3C产品的过电流保护组件，相当重视阻值回复性，故散布于结晶性高分子聚合物材料的导 电填料常使用碳黑以得到更加的阻值回复性。然而使用碳黑作为导电填料时，碳黑间的作 用力大，因此常使用高密度聚乙烯（High density polyethylene ;HDPE)作为高分子聚合 物。然而因 HDPE的熔点较高，导致材料不易于低温触发，因此不适用于一些需要低温触发 的场合。此外，即使使用可于低温触发的高分子聚合物材料，若使用碳黑作为导电填料，其 触发时电阻弹升幅度往往不足，例如仅有原始电阻值的约100倍左右，而仍有相当大的改 进空间。
【发明内容】
[0004] 为了达到上述目的，本发明揭示一种正温度系数材料及电阻组件，其具有低温触 发的特性，因而可作为LED发光的调光应用。
[0005] 根据本发明的第一方面，一种正温度系数材料包含结晶性高分子聚合物及散布于 其中的导电陶瓷填料。结晶性高分子聚合物的熔点小于90°C，且重量百分比介于5%?30%。 导电陶瓷填料的体积电阻值小于500μ Ω-cm，且重量百分比介于70%?95%。该正温度系 数材料于25°C的体积电阻值约0. 01?5 Ω-cm，且在温度25°C至80°C之间的电阻差在103 倍至108倍之间。
[0006] 一实施例中，为了在较低温就能有触发（trip)反应，因此结晶性高分子聚合物 选用较低熔点的高分子材料，例如熔点小于90°C，或小于80°C，或特别是40°C?80°C或 30°C?70°C。结晶性高分子聚合物主要包含乙烯、乙烯共聚物或其组合。乙烯共聚物包 含酯（ester)、醚（ether)、有机酸（organic acid)、酐（anhydride)、酰亚胺（imide)、酰 胺（amide)官能基的至少一种。例如：结晶性高分子聚合物可为乙烯-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，结晶性 高分子聚合物可另加入熔点较高的高密度聚乙烯，以调整整体的结晶性高分子聚合物的熔 点。
[0007] 低密度聚乙烯可用传统齐格勒-纳塔（Ziegler - Natta)催化剂或用茂金属 (Metallocene)催化剂聚合而成，亦可经由乙烯单体与其它单体(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] 该导电陶瓷填料则包含碳化钛（TiC)、碳化钨（WC)、碳化钒（VC)、碳化锆（ZrC)、碳 化铌（NbC)、碳化钽（TaC)、碳化钥（MoC)、碳化铪（HfC)、硼化钛（TiB 2)、硼化钒（VB2)、硼化 锆（ZrB2)、硼化铌（NbB 2)、硼化钥（MoB2)、硼化铪（HfB2)、氮化锆（ZrN)、氮化钛（TiN)或其混 合物。该导电陶瓷填料的粒径大小介于〇. 01 μ m至30 μ m之间，较佳粒径大小介于0. 1 μ m 至10 μ m之间。
[0009] 一实施例中，该正温度系数材料的触发温度在30°C?55°C之间。
[0010] 一实施例中，为了增加阻燃效果、抗电弧效果或耐电压特性，正温度系数材料可另 包含非导电填料，该非导电填料为氧化镁、氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳 酸钙、硫酸镁、硫酸钡或其混合物。该非导电填料的重量百分比介于0.5%?5%。非导电填 料的粒径大小主要介于0. 05 μ m至50 μ m之间，且其重量比是介于1%至20%之间。
[0011] 根据本发明的第二方面，揭示一种电阻组件，其包含二导电金属层及叠设于该二 导电金属层间的正温度系数材料层。该正温度系数材料层包含前述正温度系数材料。
[0012] 根据本发明的第三方面，揭示一种LED照明装置，其包含第一 LED发光件、第二LED 发光件及正温度系数组件。第二LED发光件与该第一 LED发光件串联连接，且第二LED发 光件相较于第一 LED发光件有较严重的热光衰。例如：该第一 LED发光件为白光LED，而第 二LED发光件为红光LED。正温度系数组件与该第一 LED发光件串联，且与该第二LED并 联。该正温度系数组件邻近该第二LED发光件，以有效感测该第二LED发光件的温度，且在 温度25°C至80°C之间的电阻差在10 3倍至108倍之间。
[0013] 本发明的正温度系数组件主要使用具有低熔点的高分子聚合物，且使用低体积电 阻值的导电陶瓷填料，不仅提供低触发温度的特性，且触发后电阻仍能大幅弹升，而得以提 供相关场合的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的正温度系数组件的示意图；
[0015] 图2是本发明的LED照明装置的示意图。
[0016] 其中，附图标记说明如下：
[0017] 10 PTC 组件
[0018] 11 PTC 材料层
[0019] 12 导电金属层
[0020] 20 LED照明装置
[0021] 22 红光LED发光件
[0022] 24 白光LED发光件
【具体实施方式】
[0023] 为让本发明的上述和其它技术内容、特征和优点能更明显易懂，下文特举出相关 实施例，并配合附图，作详细说明如下。
[0024] 以下说明本发明正温度系数材料的组成成份及制作过程。一实施例中，正温度 系数材料的成份及重量(单位：克）如表1所示。其中结晶性高分子聚合物包含熔点小于 9(TC或特别是小于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。结晶性高分子聚合物选用烙点亦可为 85〇C，或特别是40°C?80°C或30°C?70°C。另外亦可加入熔点较高的聚合物如高密度 聚乙烯（high density polyethylene ;HDPE)。本实施例中，导电陶瓷填料选用体积电阻 值小于500 μ Ω-cm的材料，例如碳化钛（TiC)、碳化钨（WC)或其混合。导电陶瓷填料的 平均粒径大约介于0. 1至10 μ m之间，粒径纵横比（aspect ratio)小于100,或较佳地小 于20或10。实际应用上，导电陶瓷填料的形状可呈现出多种不同样式的颗粒，例如：球体 型（spherical)、方体型（cubic)、片状型（flake)、多角型或柱状型等。一般而言，因导电 陶瓷填料的硬度相当高，制造方法不同于碳黑或金属粉末，以致于其形状亦不同于碳黑或 一些高结构（high structure)的金属粉末，导电陶瓷粉末颗粒的形状是以低结构型（low structure)为主。非导电填料选用96. 9wt%纯度的氢氧化镁（Mg(0H)2)。在比较例中，导电 填料使用碳黑。
[0025]【表1】
[0026]
【权利要求】
1. 一种正温度系数材料，包含： 一结晶性高分子聚合物，熔点小于90°C，且重量百分比介于5%?30%，该结晶性高分子 聚合物包含乙烯或乙烯共聚物，乙烯共聚物包含至少一种以下官能基：酯、醚、有机酸、酐、 酰亚胺和酰胺；以及 一导电陶瓷填料，其体积电阻值小于500 μ Ω-cm,重量百分比介于70%?95%，且散布 于该结晶性高分子聚合物中； 其中该正温度系数材料于25°C的体积电阻值为0. 01?5 Ω -cm，且在温度25°C至80°C 之间的电阻差在1〇3倍至1〇8倍之间。
2. 根据权利要求1的正温度系数材料，其中该结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. 根据权利要求1的正温度系数材料，其中该导电陶瓷填料包含碳化钛、碳化钨、碳化 钒、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钥、碳化铪、硼化钛、硼化钒、硼化锆、硼化铌、硼化钥、硼化 铪、氮化锆、氮化钛或其混合物。
4. 根据权利要求1的正温度系数材料，其中该结晶性高分子聚合物的熔点为40°C? 80。。。
5. 根据权利要求1的正温度系数材料，其中该正温度系数材料的触发温度在30°C? 55°C之间。
6. 根据权利要求1的正温度系数材料，还包含非导电填料，该非导电填料为氧化镁、氢 氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝或其混合物。
7. 根据权利要求6的正温度系数材料，其中该非导电填料的重量百分比介于0. 5%? 5%〇
8. -种电阻组件，包含： 二导电金属层； 一正温度系数材料层，叠设于该二导电金属层间，包含： 一结晶性高分子聚合物，其熔点小于90°C，且重量百分比介于5%?30%，该结晶性高 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种以下官能基：酯、醚、有机酸、 酐、酰亚胺和酰胺；以及 一导电陶瓷填料，其体积电阻值小于500 μ Ω-cm,重量百分比介于70%?95%，且散布 于该结晶性高分子聚合物中； 其中该正温度系数材料层于25°C的体积电阻值小于0. 01?5 Ω -cm，且在温度25o°C至 80°C之间的电阻差在103倍至108倍之间。
9. 根据权利要求8所述的电阻组件，其中该正温度系数材料层的触发温度在30°C? 55°C之间。
10. 根据权利要求8所述的电阻组件，其中该结晶性高分子聚合物的熔点为40°C? 80。。。
11. 一种LED照明装置，包含： 第一 LED发光件； 第二LED发光件，与该第一 LED发光件串联连接，且第二LED发光件相较于第一 LED发 光件有较严重的热光衰；以及 一正温度系数组件，与该第一 LED发光件串联，且与该第二LED并联，该正温度系数组 件邻近该第二LED发光件，以有效感测该第二LED发光件的温度，且在温度25o°C至80°C之 间的电阻差在1〇3倍至1〇 8倍之间。
12. 根据权利要求11的LED照明装置，其中该第一 LED发光件为白光LED，且第二LED 发光件为红光LED。
13. 根据权利要求11的LED照明装置，其中该正温度系数组件的触发温度在30°C? 55°C之间。
14. 根据权利要求11的LED照明装置，其中该正温度系数组件包含二导电金属层及一 叠设于该二导电金属层间的正温度系数材料层，该正温度系数材料层包含： 一结晶性高分子聚合物，其熔点小于90°C，且重量百分比介于5%?30%，该结晶性高 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种以下官能基：酯、醚、有机酸、 酐、酰亚胺和酰胺；以及 一导电陶瓷填料，其体积电阻值小于500 μ Ω-cm,重量百分比介于70%?95%，且散布 于该结晶性高分子聚合物中。
【文档编号】F21S10/02GK104103390SQ201310361522
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】罗国彰, 戴维仓, 沙益安, 曾郡腾 申请人:聚鼎科技股份有限公司