专利名称：一种光转换柔性高分子材料及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种掺杂了荧光材料的高分子材料及其制法及用途，尤其是用于 LED背光源、数码显示及照明在内的发光装置的光转换柔性高分子材料及其制法及用 途，属于光电子显示和照明技术领域。
背景技术：
目前的LED背光源、数码显示及照明装置通常是采用封装荧光发光材料方式得 到的，此类专利也已经有很多如中国专利200510030192.1<白色发光元件及其制造方法 >，中国专利200310120736<表面安装型白色发光二极管 >，中国专利200710151099.5< 蓝紫光或蓝光激发的荧光体及制造方法与封装的白光二极管>，均为荧光材料混合在树脂 中涂抹在LED芯片上制成白色发光器件。该方法制备出的白光发光器件很难保证亮度、 色坐标、色温和显色性的一致性，并且由于荧光粉贴近芯片，收到热量的影响很容易引 起老化，寿命降低。国际专利W02007105853介绍了一种光致发光膜的制备方法，所采 用的发光材料为无机发光材料，该专利仅介绍的光致发光膜采用硅树脂作为成膜材料进 行制备，但并未对光致发光膜的发光材料与色坐标，色温以及亮度的关系进行介绍，同 时也不是浇铸成型，不能形成多种形状。国际专利W02007/049187介绍了一种采用硅 酮掺杂磷光体的密封膜剂，将这种膜材料安装在蓝光LED上，达到蓝光转换为白光的目 的，但是这种材料本身为膜状结构，需根据使用情况采用层压的方式二次成型，工艺复 杂。美国专利US2008/0280957 Al介绍了一种采用具有透镜结构的塑料器件制备LED 的方法，具有透镜结构的塑料器件底部为含有荧光材料层的结构，并且为压铸或注塑而 成，结构和工艺比较复杂并且成型后不能改变形状。中国专利200810067358.0《一种低 衰减高光效LED照明装置及制备方法》和中国专利CN1858920A《一种白光LED等的 封装方法》均涉及一种将荧光发光材料加入到高分子材料中经用模具成型制成透明罩的 方法，比较合适单颗LED的封装，该方法成型后材料不可改变形状，在安装和使用上受 到限制。中国专利CN101012916A《一种以LED为光源的灯具》介绍了一种将光转换 材料固定在灯壳外罩上的方法，该方法虽避免了荧光材料高温老化的问题，但材料距离 光源有一定距离，导致荧光材料发光效率下降。这种方式只适合灯具等产品的制备，在 应用上受到限制。采用本发明制备的光转换柔性高分子材料可有效避免上述问题，这种材料柔 软、具有一定的强度和韧性，可根据使用的情况可设计成各种形状的模具进行浇铸成 型，成型后的光转换柔性高分子材料，荧光材料均勻分散在其中，采用这种材料制备的 发光器件光色均勻，并且由于材料在使用中并非紧贴芯片结构，避免了由于热量导致的 老化问题，可有效提高产品的寿命。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明采用有机硅橡胶作为成型材料，添加稀释剂、荧光材料、助剂混合均勻后通过浇铸的形式经加热固化成型。根据使用的情况可设计成各种 形状的模具，针对LED蓝光光源的光学特性还可以将模具设计成带有带有透镜形式的结 构进行浇铸成型。成型后的高分子材料柔软有弹性，并具有一定的强度，可以随意弯曲 变形，可以根据需要在器件中进行组装。本发明的技术方案所涉及的光转换柔性高分子材料，由有机硅橡胶、稀释 齐U、荧光材料、助剂共同组成，各组成成分组分和质量百分比组成如下有机硅橡胶20.0-75.0稀释剂10.0-20.0荧光材料15.0-65.0助剂0.0-5.0其中荧光材料被做为激发光源的发射光谱在440 475nm范围内的蓝光LED 激发，吸收激发出至少一个以上峰值波长在525 650nm范围内的发射光谱；荧光材料所发的光与蓝光LED所发的光复合成白色的光或其它色彩的光，荧光 材料可以是铝酸盐荧光材料、硅酸盐荧光材料、硅氮化物荧光材料及硫氧化物荧光材料 中的一种或几种的组合。所述的铝酸盐荧光材料的主要化学组成表示式为aR203 · R' 203:xCe, yLi, zF ；R为Y、Tb、Gd中的一种或多种元素的组合；R'为Al、Ga中的一种或两种元素的组合；a、χ、y、ζ 为摩尔系数，0.45<a<0.65 ； 0.0<x<0.04 ； 0.0<y<0.04 ； 0.0<z<0.2 ； 该材料的发射主峰波长随组成在525 560nm范围内变化；所述的硅酸盐荧光材料的主要化学组成表示式为bMO · Si02:xEu, yLi, zF ；M为Sr、Ca、Ba、Mg中的一种或多种元素的组合；b、χ、y、ζ 为摩尔系数，1.4<b<3.1 ； 0.015<x<0.1 ； 0.0<y<0.05 ； 0.0<z<0.25 ； 该材料的发射主峰波长随组成在525 580nm范围内变化。所述的硅氮化物荧光材料的主要化学组成表示式为(SreCa1J 2_xSi5N8:Eux, Liy, Fz;e、χ、y、ζ 为摩尔系数，0.1<e<l ； 0.01<x<0.1 ； 0.0<y<0.1 ； 0.0<z<0.5 ；该材料 的发射主峰波长随组成在580 650nm范围内变化；所述的硫氧化物荧光材料的主要化学组成表示式为Y2-x02S:Eux, Mgy, Tiz, Li β，Fy ；χ、y、ζ、β、Y 为摩尔系数，0.01《χ《0.1 ； 0.005<y<0.02 ； 0.05<z<0.25 ； 0.0<β<0.1 ； 0.0<y<0.5 ；该材料的发射主峰波长随组成在610 630nm范围内变化。荧光材料粒径采用3-15微米比较合适，制备出的产品荧光材料分散均勻，发光 效果好。 荧光材料可以被紫外或蓝光LED所发出的光激发发光，并且与剩余紫外或蓝光 复合成白光或其他各种颜色的光。所述的各种荧光材料其体色及发光颜色具有不同的特 征，在制造荧光发光材料的柔性高分子材料时可依据各自不同的情况加以选用。选择硅酸盐、铝酸盐发光荧光材料作为橙色、黄色发光荧光材料，选择硅氮化物、硫氧化物发 光荧光材料作为红色发光荧光材料，可将黄色发光荧光材料、橙色发光荧光材料和红色 发光荧光材料复合使用，复合使用可调整色坐标、色温和显色指数，达到适用于多种用 途的目的，采用发出黄色光的荧光材料与发出红色光的荧光材料复合使用，提高显色指 数，得到高显色指数的白光，使其适用于需要高显色指数的发光器件中。所述光转换柔 性高分子材料与LED复合，合成白色的光或其它色彩的光，用于灯具、数码管、背光源 的光源器件中。采用的有机硅橡胶为透明性好、柔软、弹性好的双组份加成型加温硫化液体硅 橡胶。如双组分有机硅材料SR-5000A/B、TCS-1310T/A/B、SN130P/A/B、ZS-0020A/
B、170/A/B。这种树脂具有热氧化稳定性好、优异的电绝缘性能、卓越的耐潮、防水、 防锈、耐寒、耐臭氧和耐候性能。该树脂在长时间高温状态下工作也不会黄变，并且固 化后仍然具有柔软有弹性的特点，并具有一定得强度，可以随意弯曲变形，适用于不规 则形状的器件 使用。稀释剂采用甲基硅油、双甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基乙氧基硅 油、、甲基乙烯基硅油中一种。助剂可以是流平剂、消泡剂、偶联剂、润湿分散助剂中一种或多种的组合。有机硅树脂、稀释剂、荧光发光材料、助剂混合均勻后通过浇铸的形式经加热 固化成型。该材料可以用在灯具、数码管、背光源等器件中，根据器件所需的形状进行 浇注成型后直接固定在蓝光光源之上，本材料也可在成型后根据器件的形状进行弯曲， 变形。浇铸是有机高分子材料进行加工的一种方法。早期的浇铸是在常压下将液态单 体或聚合物注入模具内，经聚合而固化成型，变成与模具内腔形状相同的制品。随着成 型技术的发展，传统的浇铸概念有所改变，聚合物溶液、分散体和熔体也可用于浇铸成型。由于荧光材料是一种无机材料，这种材料在与金属材料摩擦的过程中极易变 黑、失去发光性能，因此，在制造、加工过程中需要避免与金属材料接触。使用浇铸工 艺可以有效的避免传统的高分子材料在材料制造和加工过程挤压或者摩擦导致的荧光发 光材料变黑或者失去发光性能的弊端。本发明采用的是有机硅橡胶、稀释剂、荧光材料和助剂混合均勻后注入模具 内，经加热聚合而固化成型，变成与模具内腔形状相同的制品。采用浇铸的方法可改变 传统LED封装工艺，大大减化工艺步骤，其生产效率高、易实现生产自动化、改善操作 环境，更重要的是发光荧光材料在高分子树脂中分散均勻，用它制成的发光器件发光的 一致性大大改良、光转换效果好、产品灵活多变。采用这种光转换柔性高分子材料摆脱了传统的封装方法制备LED的形式，只需 要在芯片上黏贴或者直接将光转换柔性高分子材料组装在芯片上即可，发光效果与封装 形式制备出的LED十分接近。同时，采用光转换柔性高分子材料还可以根据实际使用情 况浇铸出合适的形状，如浇铸出带有透镜结构的形状，可以有效提高光转化的效率并同 时实现二次配光设计、提高出光效率、优化光学分布。采用这种方式制备的发光器件安 装、维修、更换十分方便，简化了施工工艺，生产出的产品更加灵活多样。由于本发明的材料柔韧性和强度都十分优秀，材料可以随意弯曲、折叠，特别适合不规则形状的特 殊发光器件的制备。本发明的另外一个有点是采用浇铸的方法进行材料成型，由于荧光 材料是一种无机材料，这种材料在与金属材料摩擦的过程中极易变黑、失去发光性能， 当采用如注塑等方式进行成型时，荧光材料由于摩擦、挤压会出现变黑，发光性能下降 的问题，采用浇铸方式则可以有效的避免这种现象。
具体实施例方式实施例1 浇铸配方如下有机硅橡胶50.0%稀释剂甲基硅油20.0%助剂润湿剂0.5%偶联剂1.0%消泡剂0.2%荧光材料(铝酸盐黄色)0.56Y203 · Al2O3 · O-IGd2O3 0.04Ce，0.02F 23.8%其中的有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物加入到模具中，放入 145°C烘箱中进行固化，时间2min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出 即可。制备出的光转换柔性高分子材料可以应用于在蓝光LED表面进行使用，光转换 柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发发光，并且与剩余蓝光复 合成白光。实施例2 浇铸配方如下有机硅橡胶20.0%稀释剂双甲基硅油10.0%助剂润湿剂2.0%偶联剂2.0%消泡剂1.0%硅酸盐绿色荧光材料0.9SrO · l.lBaO · O.lMgO · SiO2 0.2Eu，O.OOlLi，0.05F ； 26.0%硫氧化物红色荧光材料Y02S 0.3Eu, 0.02Mg, 0.15Ti ；39.0%其中的有机硅橡胶为双组 份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物加入到模具中，放入 140°C烘箱中进行固化，时间3min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出即可。制备出的光转换柔性高分子材料可以直接放置或者粘结在蓝光LED表面进行使 用，光转换柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发发光，并且与 剩余蓝光复合成白光。实施例3 浇铸配方如下有机硅橡胶75.0%稀释剂乙基硅油9.0%助剂消泡剂1.0%荧光材料(硅酸盐黄色)O.lCaO · 1.5SrO · 0.4Ba() · O.lMgO · SiO2 O.lEu，0.2Li，0.05F15.0%其中的有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物从底部加入到模具 中，待原料从上部胶口溢出是停止加料，封住两端胶口，放入143°C烘箱中进行固化，时 间3min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出即可。制备出的光转换柔性高分子材料可以直接放置或者粘结在蓝光LED表面进行使 用，光转换柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发发光，并且与 剩余蓝光复合成白光。实施例4 浇铸配方如下有机硅橡胶34.0%稀释剂苯基硅油 10.0%助剂流平剂1.0%荧光材料(黄色)0.58Y203 · Al2O3 · (UGa2O3 0.008Ce，0.004Li，0.02F 53.0%荧光材料(红色)(Srci5Catl5)2_ySi5N8 0.05Eu, 0.003Li, 0.00IF 2.0%其中的有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物从底部加入到模具 中，待原料从上部胶口溢出是停止加料，封住两端胶口，放入145°C烘箱中进行固化，时 间2min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出即可。制备出的光转换柔性高分子材料可以直接放置或者粘结在蓝光LED表面进行使 用，光转换柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发发光，并且与 剩余蓝光复合成暖白色光。实施例5 浇铸配方如下有机硅橡胶40.0%
稀释剂 甲基乙烯基硅油 10.0%荧光材料(硅酸盐橙色)1.4SrO · 0.2Ba() · SiO2 0.05Eu，0.005Li 50.0%其中的有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物加入到模具中，放入 145°C烘箱中进行固化，时间2min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出 即可。制备出的光转换柔性高分子材料可以直接放置或者粘结在蓝光LED表面进行使 用，光转换柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发，发光出橙红 色光。实施例6 浇铸配方如下有机硅橡胶67.0%稀释剂 甲基乙氧基硅油 10.0%助剂消泡剂1.0%润湿分散剂2.0%荧光材料(硅酸盐绿色)0.9SrO · UBaO · SiO2 0.03Eu, 0.005Li 20.0%其中的有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物从底部加入到模具 中，待原料从上部胶口溢出是停止加料，封住两端胶口，放入140°C烘箱中进行固化，时 间3min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出即可。制备出的光转换柔性高分子材料可以直接放置或者粘结在蓝光LED表面进行使 用，光转换柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发，发出绿色 光。实施例7:浇铸配方如下有机硅橡胶53.0%稀释剂 甲基乙氧基硅油10.0%助剂流平剂2.0%荧光材料(铝酸盐黄色)0.58Y203 · Al2O3 · 0.IGa2O3 0.008Ce, 0.004Li, 0.02F 15.0%荧光材料(硅酸盐橙红色)1.4SrO · 0.2Ba() · SiO2 0.05Eu，0.005Li20.0%其中的有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体硅橡胶。实施工艺将配方中的液体原料加入配料容器中，搅拌均勻，在搅拌状态下加 入荧光材料，搅拌均勻并进行真空脱泡处理。将液态的原料混合物从底部加入到模具中，待原料从上部胶口溢出是停止加料，封住两端胶口，放入140°C烘箱中进行固化，时 间3min，固化后将成型的光转换柔性高分子材料从模具中取出即可。
制备出的光转换柔性高分子材料可以直接放置或者粘结在蓝光LED表面进行使 用，光转换柔性高分子材 料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发，发出暖白色光。
权利要求
1. 一种光转换柔性高分子材料，其特征为能够按需要浇注成各种形状的柔软材料， 能够按需要弯曲，由下列成分的质量百分比组成所述稀释剂为甲基硅油、双甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基乙氧基硅油或者 甲基乙烯基硅油；所述助剂为流平剂、消泡剂、偶联剂、润湿分散助剂中1 3种的组合； 所述荧光材料为铝酸盐荧光材料、硅酸盐荧光材料、硅氮化物荧光材料及硫氧化物 荧光材料中的一种或两种的组合；荧光材料被做为激发光源的发射光谱在440 475nm 范围内的蓝光LED激发，吸收激发出至少一个以上峰值波长在525 650nm范围内的发 射光谱；荧光材料所发的光与蓝光LED所发的光复合成白色或其它颜色的光。
2.根据权利要求1所述的光转换柔性高分子材料，其特征为所述的荧光材料粒径为
3.根据权利要求1所述光转换柔性高分子材料的用途，其特征为与LED发出的光复 合，合成白色或其它颜色的光，用于LED灯具、数码管和LED背光源的光源器件中。有机硅橡胶 稀释剂 荧光材料20.0% 75.0% 10.0% 20.0% 15.0% 65.0%助剂硅橡胶；0.0% 5.0%其中所述有机硅橡胶为双组份加成型加温硫化液体。
全文摘要
一种光转换柔性高分子材料，由有机硅橡胶(双组份加成型加温硫化液体硅橡胶，20.0～75.0％)、稀释剂(硅油，10.0～20.0％)、荧光材料(铝酸盐、硅酸盐、硅氮化物及硫氧化物荧光材料中的一种或几种的组合，15.0～65.0％)和助剂组成，能够按需要任意弯曲；其制法是原料在容器中混合均匀，注入模具中加热固化而成；其应用于在蓝光LED表面进行使用，光转换柔性高分子材料中的荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发发光，并且与剩余蓝光复合成白光，广泛应用于灯具、数码管、背光源的光源器件中。
文档编号C08K3/30GK102020851SQ20091018742
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者吴粤宁, 常英, 李茂龙, 肖志国, 隋玉龙 申请人:大连路明发光科技股份有限公司