专利名称：硅胶透镜及其制备方法、含有其的led发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED照明领域，具体而言，涉及一种硅胶透镜及其制备方法、含有其的 LED发光器件。
背景技术：
目前，实现白光LED的技术路线可分为两大类第一类是芯片+荧光类物质组合发白光，包括蓝光芯片+荧光粉、紫外芯片+荧光粉、蓝绿芯片+荧光粉、紫光芯片+荧光粉； 第二类是芯片自身或组合发白光，包括ZnSe为衬底的LED直接发白光、两个以上芯片发白光、同一衬底上形成多个发光层。
纯芯片组合发白光的技术路线存在绿光和红光出光效率低且稳定性差的问题。造成绿光发光效率低的主要原因在于绿色荧光粉中铟的含量难以提高，所以芯片组合混光均匀性不佳。因此，目前的主流技术路线是芯片与荧光类物质组合发白光。
尽管芯片与荧光类物质组合为当前主要技术路线，但仍需要解决以下两个方面的问题一是蓝黄光LED缺失红光部分，因而很难发出具有高显色性白光；二是紫外光LED加 RGB荧光粉能够产生很好的显色性，但荧光粉的效率不高。另外，现有LED的技术是将荧光粉层与蓝色芯片封装在一起，使用过程中，芯片的发热和荧光粉层的发热汇聚在一起导致芯片和荧光粉工作温度过高，进而降低芯片和荧光粉的效率，导致光效降低。发明内容
本发明旨在提供一种硅胶透镜及其制备方法、含有其的LED发光器件，以解决现有技术中LED发光器件光效低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种硅胶透镜，硅胶透镜包括质量比为I :3 7 40^50的量子点闻分子分散体、突光粉和娃胶,量子点闻分子分散体中量子点材料的质量百分含量为O. 01 10%。
进一步地，上述量子点材料选自元素周期表中第II主族与第VI主族中的元素形成的第化合物、第III主族与第V主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、第一化合物和/或第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶，第一化合物包括CdSe、CdTe, MgS、MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, ZnS, ZnSe, ZnTe 和 CdS ;第二化合物包括GaN、GaP、GaAs, InN、InP 和 InAs。
进一步地，上述荧光粉为YAG荧光粉。
进一步地,上述量子点材料分散在娃胶中。
进一步地,上述娃胶透镜包括具有突光粉的娃胶件和位于娃胶件的内表面或外表面且具有量子点高分子分散体的量子点材料层。
进一步地，上述硅胶透镜呈半球形的碗状结构。
根据本发明的另一方面，还提供了一种LED发光器件，该LED发光器件包括一个或多个封装体，封装体包括封装基板；封装壳体，一端具有开口，且开口端固定在封装基板上；LED芯片，固定在封装基板上由封装壳体的开口端围成的区域内；LED基板，一个或多个封装体的封装基板远离LED芯片的一侧固定在LED基板上；上述LED发光器件还包括硅胶透镜，该硅胶透镜为上述的硅胶透镜，硅胶透镜的一端具有开口，且开口端固定在LED基板上，封装体设置在LED基板上由硅胶透镜的开口端围成的区域内，且与硅胶透镜的内壁之间具有间隙。
进一步地，上述硅胶透镜与LED芯片之间具有l(T50mm的距离。
根据本发明的又一方面，还提供了一种硅胶透镜的制备方法，上述制备方法包括 步骤A、将质量比为I :3 7 :4(Γ50的量子点高分子分散体、荧光粉和硅胶混合形成混胶；步骤B、将混胶置入硅胶透镜的成型模具中，并抽真空至无肉眼可见的气泡；以及步骤C、将经过步骤B处理的混胶注塑成型得到硅胶透镜。
进一步地,上述量子点闻分子分散体为分散有量子点材料的丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂改性有机硅树脂或环氧树脂。
进一步地，控制上述步骤A的混合过程中量子点高分子分散体、荧光粉与硅胶形成的混合体系的温度低于40°C。
进一步地,上述步骤B中将经过抽真空的混胶在8(T200°C下干燥l 60min。
根据本发明的又一方面，还提供了一种硅胶透镜的制备方法，上述制备方法包括 步骤a、将荧光粉和硅胶制备成荧光粉硅胶透镜；步骤b、在荧光粉硅胶透镜的内表面或外表面涂覆量子点高分子分散体形成量子点材料层，得到硅胶透镜。
进一步地,上述量子点闻分子分散体为分散有量子点材料的丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂改性有机硅树脂或环氧树脂。
应用本发明的技术方案，由于量子点材料具有激发光谱宽且光谱连续分布的特点，由于量子点的发光波长随粒径大小的变化而有所不同，因此，可以根据设计需求选择不同粒径的量子点材料；同时，量子点材料的光谱半峰宽较窄，没有自吸收或者具有低的自吸收特性，可以较好的提高发光效率和发光质量，从而能够有效地改善硅胶透镜的光效。在该硅胶透镜中，量子点材料不仅可以以分散的形式分散在硅胶中，而且还可以采用内层涂覆和外层涂覆的灵活方式涂覆在硅胶透镜的表层，便于该硅胶透镜的加工。
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中
图I示出了根据本发明一种优选的实施例的LED发光器件的结构示意图2示出了根据本发明的实施例I至4与对比例I的光谱图；以及
图3示出了根据本发明的实施例4与对比例I的光谱图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种硅胶透镜，该硅胶透镜包括质量比为I :3 7 40^50的量子点闻分子分散体、突光粉和娃胶，量子点闻分子分散体中量子点材料的质量百分含量为O. Of 10%。
由于量子点材料具有激发光谱宽且光谱连续分布的特点，由于量子点的发光波长随粒径大小的变化而有所不同，因此，可以根据设计需求选择不同粒径的量子点材料；同时，量子点材料的光谱半峰宽较窄，没有自吸收或者具有低的自吸收特性，可以较好的提高发光效率和发光质量，从而能够有效地改善硅胶透镜的光效。在该硅胶透镜中，量子点材料不仅可以以分散的形式分散在硅胶中，而且还可以采用内层涂覆和外层涂覆的灵活方式涂覆在硅胶透镜的表层，便于该硅胶透镜的加工。
上述的量子点闻分子分散体为内部分散有量子点材料的闻分子聚合物，且量子点高分子分散体中量子点材料的含量采用常规的紫外吸收光谱测试出吸收值，并根据朗伯-比尔定律计算得出质量含量。
在本发明一种优选的实施例中，上述量子点材料选自元素周期表中第II主族与第 VI主族中的元素形成的第一化合物、第III主族与第V主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、第一化合物和/或第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶，第一化合物包括CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe 、CaS、CaSe、CaTe、Sr S、Sr Se、SrTe、BaS、 BaSe, BaTe, ZnS, ZnSe, ZnTe 和 CdS ;第二化合物包括:GaN、GaP、GaAs, InN、InP 和 InAs。
量子点材料通常为核壳结构，核心为具有高发光效率的半导体物质(如CdSeXdTe 等)，外包一层硫化物(如ZnS)形成核壳结构的CdSe/ZnS、CdTe/ZnS，进一步提高了量子点材料的发光量子效率，而且，外层硫化物的存在极大地提高了量子点材料的光化学稳定性。 而且，当采用YAG荧光粉、含有发光波长在红色波段(60(T635nm之间)的CdSe/ZnS量子点高分子分散体与娃胶一起形成娃胶透镜，可以有效地弥补蓝黄光LED缺失的红光,从而得到显色性更好的白光。本领域技术人员可以使用含有某些发光波段的量子点材料的量子点高分子分散体与硅胶混合形成硅胶透镜，并与不同的发光波段的荧光粉配合得到相应颜色的光。
可用于本发明的荧光粉包括绿色荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉，采用不同颜色的荧光粉可以得到不同发光颜色的硅胶透镜，本发明优选荧光粉为YAG荧光粉，该YAG荧光粉为市场常用产品，并且经过长期的发展，已具有较好的产品性能以及稳定性，并且市场价格也较为低廉，适合大规模批量生产，与本发明的量子点和硅胶配合得到一个连续的光谱效果，并且达到较高光效和高显色指数的光质量。
本发明的量子点材料主要是为了改善硅胶透镜的激发光的光效，量子点材料可以与突光粉一样和娃胶混合分散在娃胶透镜中。除此之外，量子点还可以分散在突光粉与娃胶形成的娃胶透镜主体上，优选娃胶透镜包括具有突光粉的娃胶件51和位于娃胶件51的内表面或外表面且具有上述量子点闻分子分散体的量子点材料层52。
在本发明一种具体的实施例中，上述硅胶透镜呈半球形的碗状结构。
在本发明另一种典型的实施方式中，还提供了一种LED发光器件,该LED发光器件包括一个或多个封装体和LED基板6，该封装体包括封装基板3、封装壳体2和LED芯片1， 封装壳体2的一端具有开口，且开口端固定在封装基板3上；LED芯片I固定在封装基板3 上由封装壳体2的开口端围成的区域内；一个或多个封装体的封装基板3远离LED芯片I 的一侧固定在LED基板6上；LED发光器件还包括娃胶透镜5,该娃胶透镜5为上述的娃胶透镜，该硅胶透镜5的一端具有开口，且开口端固定在LED基板6上，封装体设置在LED基板6上由硅胶透镜5的开口端围成的区域内，且与硅胶透镜5的内壁之间具有间隙。
具有上述结构的LED发光器件，LED芯片I仍然通过粘合胶4固定在封装基板3上并封装在封装壳体2中，将含有荧光粉的硅胶透镜5作为一个单独的配件与LED芯片I相互隔离设置在LED基板6上，在封装壳体2的外壳上设置本发明的硅胶透镜5，硅胶透镜的光透过率较高，路径改变较小，光损失较小，有效改善了 LED灯具的光均匀性。形成了 LED 芯片I对与其远距离设置的荧光粉的远程激发，克服了现有技术中荧光粉涂布在LED芯片I 时由于激发时产生的热量难以散发导致LED发光器件的使用寿命短和发光效率低的问题， 由于采用远程激发荧光粉的技术，大大降低了 LED芯片I以及封装体的工作温度，从而很大程度上减缓了这些材料的老化速度，进而延长了 LED发光器件的寿命；而且，避免了在LED 芯片I上涂覆荧光粉时因为无法做到均匀涂覆而引起LED发光器件的色温不均产生光斑的弊端；同时减弱了不同Bin对LED发光器件的出光效果的影响，使得产品的可重复性和统一性增强；此外，由于硅胶透镜4中具有量子点材料，因此其光效得到明显的改善。
为了既能实现良好的散热效果又能实现良好的光效，优选上述LED发光器件的硅胶透镜5与LED芯片I之间具有l(T50mm的距离。
在本发明又一种典型的实施方式中，还提供了一种硅胶透镜的制备方法，包括步骤A、将质量比为I :3 7 :4(Γ50的量子点高分子分散体、荧光粉和硅胶混合形成混胶；步骤 B、将混胶置入硅胶透镜的成型模具中，并抽真空至无肉眼可见的气泡；以及步骤C、将经过步骤B处理的混胶注塑成型得到硅胶透镜。
将量子点高分子分散体、荧光粉与硅胶混合形成混胶的过程可以采用磁力搅拌或机械搅拌的方式，优选采用专用的混胶机，从而加速混胶的形成；将混胶注入模具中之后抽真空将其中的气泡抽出，避免在硅胶透镜中由于气泡的存在影响硅胶透镜的光效；由于注塑成型的生产效率较高，因此采用注塑成型的方式能够实现批量制作硅胶透镜的效果。当然除了采用注塑成型的方式外本发明还可以采用目前常规的压铸成型、丝网印刷以及喷涂等方式制备各种形状的硅胶透镜。
在本发明又一种优选的实施例中，优选量子点闻分子分散体为分散有量子点材料的丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸脂改性有机硅树脂或环氧树脂。
上述丙烯酸酯类树脂是指分子主链结构上带有丙烯酸酯基团的一类高分子材料的总称，其结构通式为
OO__丨丨―———II__H^C C COROC CIIRIR]
其中R为烷基，R1为-H或-CH3 ；
上述有机娃氧烧树脂为聚_■甲基娃氧烧、_■甲基娃氧烧与甲基乙稀基娃氧烧共聚物、二甲基硅氧烷与苯基乙烯基硅氧烷共聚物或分子中含有乙烯基的其他结构的聚硅氧烷树脂。
上述丙烯酸酯改性聚氨酯树脂是指分子结构中带有丙烯酸酯基团和氨基甲酸酯基团的一类高分子材料的总称，其结构通式为
权利要求
1.一种硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜包括质量比为I :3 7 :4(Γ50的量子点高分子分散体、突光粉和娃胶，所述量子点高分子分散体中量子点材料的质量百分含量为O. Ol 10%。
2.根据权利要求I所述的硅胶透镜，其特征在于，所述量子点材料选自元素周期表中第II主族与第VI主族中的元素形成的第一化合物中的任意一种、第III主族与第V主族中的元素形成的第二化合物中的任意一种、所述第一化合物和/或所述第二化合物中的多种包覆形成的核壳结构化合物或者掺杂纳米晶， 所述第一化合物包括CdSe、CdTe、MgS、MgSe、MgTe、CaS、CaSe、CaTe、SrS、SrSe、SrTe、BaS、BaSe、BaTe、ZnS、ZnSe、ZnTe 和 CdS ； 所述第二化合物包括GaN、GaP、GaAs, InN、InP和InAs。
3.根据权利要求I所述的硅胶透镜，其特征在于，所述荧光粉为YAG荧光粉。
4.根据权利要求I所述的硅胶透镜，其特征在于，所述量子点材料分散在所述硅胶中。
5.根据权利要求I所述的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜包括具有所述荧光粉的硅胶件(51)和位于所述硅胶件(51)的内表面或外表面且具有所述量子点高分子分散体的量子点材料层(52)。
6.根据权利要求I所述的硅胶透镜，其特征在于，所述硅胶透镜呈半球形的碗状结构。
7.—种LED发光器件,其特征在于，所述LED发光器件包括 一个或多个封装体，所述封装体包括 封装基板(3)； 封装壳体(2 )，一端具有开口，且开口端固定在所述封装基板(3 )上； LED芯片(1)，固定在所述封装基板(3)上由所述封装壳体(2)的开口端围成的区域内； LED基板(6)，所述一个或多个封装体的封装基板(3)远离所述LED芯片(I)的一侧固定在所述LED基板(6)上； 其特征在于，所述LED发光器件还包括硅胶透镜(5)，所述硅胶透镜(5)为权利要求I至6中任一项所述的硅胶透镜，所述硅胶透镜(5)的一端具有开口，且开口端固定在所述LED基板(6 )上，所述封装体设置在所述LED基板(6 )上由所述硅胶透镜(5 )的开口端围成的区域内，且与所述硅胶透镜(5 )的内壁之间具有间隙。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其特征在于，所述硅胶透镜(5)与所述LED芯片(I)之间具有l(T50mm的距离。
9.一种硅胶透镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括 步骤A、将质量比为I :3 7 :4(Γ50的量子点高分子分散体、荧光粉和硅胶混合形成混胶； 步骤B、将所述混胶置入硅胶透镜的成型模具中，并抽真空至无肉眼可见的气泡；以及 步骤C、将经过所述步骤B处理的混胶注塑成型得到所述硅胶透镜。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于，所述量子点高分子分散体为分散有量子点材料的丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性有机硅树脂或环氧树脂。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，控制所述步骤A的混合过程中所述量子点高分子分散体、荧光粉与硅胶形成的混合体系的温度低于40°C。
12.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述步骤B中将经过抽真空的混胶在 8(T200°C下干燥 I 180min。
13.—种硅胶透镜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括 步骤a、将荧光粉和硅胶制备成荧光粉硅胶透镜； 步骤b、在所述荧光粉硅胶透镜的内表面或外表面涂覆量子点高分子分散体形成量子点材料层，得到所述硅胶透镜。
14.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,所述量子点高分子分散体为分散有量子点材料的丙烯酸酯类树脂、有机硅氧烷树脂、丙烯酸酯改性聚氨酯、丙烯酸酯改性有机硅树脂或环氧树脂。
全文摘要
本发明提供了一种硅胶透镜及其制备方法、含有其的LED发光器件。该硅胶透镜包括质量比为13~740~50的量子点高分子分散体、荧光粉和硅胶，量子点高分子分散体中量子点材料的质量百分含量为0.01~10%。由于量子点材料具有激发光谱宽且光谱连续分布的特点，且可以通过调控粒径大小而控制量子点的发光波长，因此，可以根据设计需求选择不同粒径的量子点材料；同时，量子点材料的光谱半峰宽较窄，没有自吸收或者具有低的自吸收特性，可以较好的提高发光效率和发光质量，从而能够有效地改善硅胶透镜的光效。
文档编号H01L33/58GK102983250SQ201210560680
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者康永印, 苏凯, 史翰林, 汤彬彬 申请人:杭州纳晶科技有限公司