用于led灯的保护性涂层的制作方法_2

文档序号:9291378阅读:来源:国知局
且是指但不限于 一种或多种材料或一种或多种能够从液体转变成用于发光器件或在发光器件中在照明器 件的一个或多个组件周围或附近作为涂层的固体或凝胶的物质组合物。
[0037] 固态照明系统可以采用照明单元、灯具、灯泡、或"灯"的形式。固态照明系统包 括LED照明系统。LED照明系统可以包括例如包装的包含一个或多个发光二极管(LED)的 发光器件,发光二极管可以包括无机LED(其可以包括形成pn结的半导体层)和/或有 机LED(OLED)(其可以包括有机发光层)。感知为白色或近白色的光可以通过红、绿和蓝 ("RGB")LED的组合生成。这种设备的输出颜色可以通过分别调节红、绿和蓝LED的电流 供应而改变。用于产生白色或近白色光的另一种方法是使用发光体(lumiphor)如磷光体。 产生白光的又一种方法是用LED源刺激磷光体或多色染料。许多其它方法都可以采用。
[0038] LED灯可以制成为具有允许其取代标准白炽灯泡、或任何各种类型的荧光灯的形 态因素。LED灯通常包括某种类型的光学元件或多种元件以允许对颜色局域化混合、对光准 直、或提供特殊的光图案的。有时光学元件也作为电子和或灯中的LED的外封或外罩。
[0039] 因为在理想情况下要求设计作为传统白炽灯或日光灯光源代替物的LED灯是自 含的(独立的,self-contained);电源连同LED或LED包装和光学元件一起包括于灯结构 中。也经常需要热沉冷却LED和/或电源,以维持合适的操作温度。电源,特别是热沉,能 够阻碍一些来自LED的光或限制LED置位。根据固态灯旨在用于对其替代的传统灯泡类 型,这种限制能够导致固态灯以基本上不同于由旨在替代的传统灯泡产生的光图案的图案 发射光。
[0040] LED灯可以采用将会改变其功能或使其无功能性的脆性外罩或类"灯泡"结构(如 果整体包含或部分包含)构成。例如,LED灯可以在脆性外罩中包含不同于其使用的外界环 境的环境。脆性外罩的破裂可能会导致环境(例如,气体)或能够破坏LED灯的一种或多 种特征或性能如其寿命、其显色指数(CRI),其光输出或强度以及其热耗散能力的物质(例 如,荧光体,散射体等,)进出外罩。LED灯可以偶然接触可能仅开裂外罩或可能完全碎裂外 罩的力。使用本文中公开的涂层密封控制(containment)外罩的环境和/或密封控制至少 部分碎裂和/或破碎的外罩是对于爱迪生白炽灯替代器件的理想改进。在某些方面中,按 照本文描述涂覆的LED灯相对其周围环境,相比于爱迪生灯泡,并非是真空或分压下。
[0041] 同样,LED灯在其外罩破裂之后维持一定水平的性能的能力用爱迪生灯泡不能实 现的理想属性,例如,由于钨丝快速燃尽。这为LED灯提供了紧急照明应用的能力。例如, 目前公开的LED灯能够用于其外罩将受到损坏,但LED灯的发光度在此之后仍然需要持续 一段需要的时间。例如,脆性外罩中的环境能够是空气或其它气体混合物而周围环境能够 是液体,涂层在外罩破裂之后防止液体和/或气体进出一段时间,而提供紧急照明。涂层可 以构造为容许在脆性外罩部分或完全损坏的条件下可接受的和/或功能性的运行数分钟、 数小时、数天或数周。涂层能够基于某些气体和液体对其的扩散和/或输送特性和/或补 充其光学透射特性进行选择。
[0042] 例如,LED灯在透光性的脆性外罩内可以包含含有一种或多种气体的环境,以便提 供LED阵列和任何可能包含其中的电源组件的热耦合。气体的组合都可以使用。实例包括 惰性气体(例如,氦气、氖气、氩气、氪气等)、氢气、卤代烃如氯氟烃和氢氯氟烃中的一种或 多种。在一个方面中,具有约45至约180微瓦/米开尔文(mW/m-K)的热导率的气体或多 种气体都可以使用。为了本公开的目的,热导率都按照标准温度和压力(STP)给出。应理 解的是,气体的热导率值可能在不同的压力和温度下变化。当气体具有至少约45mW/m-K、至 少约 60mW/m-K、至少约 70mW/m-K、至少约 100mW/m-K、至少约 150mW/m-K、约 60 至约 180mW/ m-K、或约70至约150mW/m-K的热传导率时,气体能够适用于本发明的实施方式。涂层可以 构造为在脆性外罩部分或完全损坏,气体或多种气体在组合物中逸出或变化的条件下可接 受的和/或功能性的运行数分钟,数小时,数天或数周。涂层能够基于使用的具体气体的扩 散和/或输送特性和/或补充其光学透射特性而进行选择。
[0043] 当然,本文公开的涂层能够依据其物理性质和/或涂层厚度,如其拉伸率和可压 缩性为脆性外罩提供某些水平的抗破碎性。具有本文所描述的涂层的LED灯单独或组合地 提供了这些属性。
[0044] 在其它实施方式中,本文描述的涂层能够施用于脆性外罩外表面或内表面中一个 或二者的至少一部分以包含至少一部分在LED灯内存在的或其破裂时形成的粒子或粒子 材料。在一方面中,内部施用于脆性外罩上的粘性涂层可以用于在外罩碎裂时保留这些粒 子。在一方面中,粒子材料是磷光体或发光材料、散射体、或镧系氧化物。涂层能够施用于 至少一部分已经存在的一层或多层上和/或一个或多个含有粒子材料或其它光学材料的 附加层下。涂层能够完全覆盖一个或多个已经存在的层或附加层。
[0045] 固态发光体可以单独或与一种或多种发光材料(例如,磷光体、闪烁体、发光油 墨)和/或光学元件组合使用产生峰值波长的或至少一种所需感知的颜色(包括可以感知 为白色的颜色组合)的光。将发光(也称为"致发光的")材料包含于本文中所描述的照明 器件中,可以通过在固态发光体上直接涂覆,将这样的材料加至涂层,将这样的材料加至透 镜上,通过嵌入或分散这样的材料于发光体支撑元件内,和/或将这种材料涂层于发光体 支撑元件上而完成。其它材料,如光散射元件(例如,粒子)和/或折射率匹配材料,可以 与固态发光体在空间上分隔的发光体、发光体结合介质、或发光体支撑元件结合。
[0046] 本公开内容的实施方式提供了具有集中的(centralized)光发射体的固态灯,更 具体而言,LED(以下与"LED灯"或用于"LED灯泡"可以互换使用)。多个LED能够一起 使用,形成LED阵列。这些LED能够以各种方式安装或固定于灯内。还应当指出的是,术语 "灯"是指不仅包括如本文所示的传统白炽灯泡固态代替物,而且还包括荧光灯泡代替物, 完整灯具代替物和可定制设计成安装于墙上,天花板上或内,支柱上和/或车辆上的固态 灯具的任何类型的灯具。
[0047] 涂层材料
[0048] 除此之外,本文所公开的可固化涂层和/或前体组分提供了由此而产生的光透明 且可选的低折射率的聚合基质。提供低折射率或高可见光透明的有机聚合物的合适可固化 涂层和/或一种或多种前体组分包括硅酮、聚酯、聚氨酯、丙烯酸树脂(例如,聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯,此后称为"聚(甲基)丙烯酸酯")、环氧树脂、含氟聚合物、及其组合。
[0049] 优选地,由此产生的光透明聚合物基质具有小于约1. 6、优选小于约1. 5的折射 率。在一个方面中,光透明聚合物基质在可见光谱和/或至少部分UV区(例如,约200nm 至约850nm)内是透明的。在其它方面中,光透明的聚合物基质在可见光谱内是透明的而在 UV区(例如,约200nm至约850nm)内是不透明的(例如,基本上都吸收)。优选地,光透明 聚合物基质在可见光谱内对应于从包装内发射的LED光的波长至少85 %透明、至少90 %透 明、或至少95%透明。
[0050] 在某些方面中,可固化涂层是含有一种或多种前体组分的单部分或双部分可固化 配配制剂。前体组分是任何一种或多种适合和能够提供适用于照明装置的光学透明涂层的 前体。在一个方面中,前体组分包含一种前体。在另一个方面中,前体组分由"两部分组合 物"构成。前体组分提供了一种可选地具有其它组分的固化或凝固的涂层。由前体组分制 备的固化的或凝固的涂层包括溶胶-凝胶、凝胶、玻璃、陶瓷、交联聚合物、及其组合。
[0051] 由一种或多种前体组分形成的固化的或凝固的基质的实例包括,例如,硅酮的一 种或多种聚合物和/或低聚物,例如,聚硅氧烷(例如,聚二烷基硅氧烷(例如,聚二甲基 硅氧烷"PDMS"),聚烷基芳基硅氧烷和/或聚二芳基硅氧烷),环氧树脂,聚醋,聚芳基醋, 聚氨酯,环烯烃共聚物(COC),聚降冰片烯,或其杂合体和/或共聚物,或这些材料与其它 组分的组合。LED涂层的实例包括,但不限于,LIGHTCAPliLEDCastingResin9622丙 烯酸酯化的聚氨酯,(DynamaxCorp.,TorringtionCT) ;LPS-1503,LPS-2511,LPS-3541, LPS-5355,KER-6110,KER-6000,KER-6200,SCR-1016,ASP-1120,ASP-1042,KER-7030, KER-7080(Shin-EtsuChemicalCo.,Ltd,日本);QSil216,QSil218,QSil222 和QLE 1102光学透明的2-部分娃酮涂层(ACCSilicones,TheAmberChemicalCompany,Ltd?,英 国);LS3-3354和LS-3351 硅酮涂层,NuSilTechnology,LLC(Carpinteria,CA) ;TSE-3032, RTV615,(MomentivePottingSilicone,Waterford,NY);EpicS7253 聚氨酯涂层(Epic Resins,Palmyra,Wl) ;0E-6630, 0E-6631,0E-6636, 0E-6336, 0E-6450, 0E-6652, 0E-6540, 0E-7630, 0E-7640, 0E-7620, 0E-7660, 0E-6370M,0E-6351,0E-6570,JCR-6110,JCR-6175, EG-6301,SLYGUARD硅酮弹性体(DowCorning,Midland,Ml) 〇
[0052] 优选地,一种或多种单部分或双部分可固化前体组分是低溶剂含量的。更优选地, 一种或多种单部分或双部分可固化前体组分基本上无溶剂。基本上无溶剂包括无溶剂和痕 量的低挥发性组分,其中痕量是溶剂存在,但其量小于5wt%、小于Iwt%、小于0. 5wt%。
[0053] 在一个方面中,涂层包含一种或多种硅前体组分,硅前体组分能够包括硅氧烷和/ 或聚硅氧烷。许多聚硅氧烷(具有不同的主链结构)适合用作前体组分。参照方程式(1), 各种形式的聚硅氧烷,例如,M、T、Q和D主链,其中R独立地是烷基或芳基,现介绍如下:
[0054]
[0055] 在各个方面中,前体组分包含一种或多种含有反应性硅酮的聚合物(和/或低聚 物或含其的配制剂)。这种一种或多种反应性官能团能够与含有非反应性硅酮的聚合物混 合。含有反应性硅酮的聚合物(具有反应性基团)的实例包括例如含有至少一个丙烯酸酯、 甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、富马酸酯、马来酸酯、降冰片烯和苯乙烯官能团的 直链或支链聚硅氧烷,和/或具有多个反应性基团如Si-H(硅氢化物)、羟基、烷氧基、胺、 氯、环氧、异氰酸酯、异硫氰酸酯、腈、乙烯基和巯基官能团的直链或支链聚硅氧烷。这种直 链或支链聚硅氧烷的一些具体实例包括氢封端的、乙烯基封端的或甲基丙烯酸酯封端的聚 二甲基硅氧烷,聚二甲基-共-二苯基硅氧烷和聚二甲基-共-甲基苯基硅氧烷。反应性 基团能够位于反应性硅酮聚合物的一端或两端,和/或沿着聚合物的主链和/或分支的任 何位置。
[0056] 在一个方面中,硅酮前体组分的示例性实例包括具有二甲基或甲基和苯基化学基 团的组合、具有一种或多种反应性"R"化学基团的直链硅氧烷聚合物;其中R独立地是氢、 乙烯基或羟基。
[0057] 在另一个方面中,硅酮前体组分的示例性实例包括具有二甲基或甲基和苯基的化 学基团的组合、具有一种或多种反应性"R"化
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