专利名称：Led 光学配件、led灯及led光学配件制备方法
技术领域：
本发明涉及照明领域，具体而言，涉及一种LED光学配件、LED灯及LED光学配件制备方法。
背景技术：
现有的LED封装工艺是直接将荧光粉涂覆在LED芯片上或者采用发光材料层与芯片分离的远程荧光粉技术，发光材料层在光转换过程中会产生大量的热量，若不及时将热量导出将会发光材料层工作温度升高，长期使用在高温情况下，将会导致荧光粉寿命比缩短甚至失效，进而导致LED灯具上升，光学质量下降，同时也导致LED整灯寿命缩减。为了使封装在一起的荧光粉层工作过程中产生的大量热量及时散发，现有技术通 过散热基座或者银浆导热；也有通过金属支架与导热板相连接导热来解决封装体的散热问题；或者在光学配件和热沉之间加入导热硅胶进行散热。但是，通过金属支架与导热板相连等技术解决方案解决散热问题时需要改变灯具设计，这就限制了光学配件的适用性。
发明内容
本发明旨在提供一种LED光学配件、LED灯及LED光学配件制备方法，以解决现有技术中LED光学配件散热不好的技术问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种LED光学配件。该LED光学配件包括第一基材，发光材料层，设置在第一基材上，以及散热件，与发光材料层相接触。进一步地，散热件是均匀分布在发光材料层内部的金属丝或金属网。进一步地,金属丝的直径为O. 01 2mm。进一步地，散热件遮蔽发光材料层发光面积的O. 01 20%。进一步地，发光材料层包括透明高分子聚合物及均匀分散在透明高分子聚合物中的发光材料；其中，透明高分子聚合物为硅胶或环氧树脂，发光材料为荧光粉或量子点材料。进一步地，进一步包括第二基材，第二基材设置在发光材料层上。进一步地，第一基材和第二基材的材质是玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。根据本发明另一个方面，提供一种LED灯。该LED灯包括LED光学配件及与LED光学配件相适配的LED芯片。根据本发明再一个方面，提供一种LED光学配件的制备方法。该方法包括以下步骤1)提供第一基材；2)将发光材料均匀分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散体；将高分子分散体涂覆在第一基材上；3)在高分子分散体内设置散热件；以及4)固化高分子分散体形成发光材料层。进一步地，在步骤2)与步骤3)之间进一步包括在高分子分散体上设置第二基材。
发光材料层在吸收光源发出的高能量低波长的光后再发射出相应低能量高波长的光后得到较好的暖白光效果。但是由于发光材料层转换效率并非百分之百，所以仍有部分吸收到的能量转换为热能，造成发光材料层工作温度升高，发光材料光效降低，进而导致LED灯具光效降低和色温漂移。本发明通过在发光材料层中加入低吸收光的导热件，在导热的同时保持了较好的光学效果，从而提高了发光材料层和LED灯具本身的光效，延长了发光材料层的寿命并大大提高了此光学配件的适用范围。与现有技术中发光材料层通常与LED芯片封装在一起或者单独的发光材料层不同，本发明的LED光学配件具有第一基材、发光材料层及散热件，即发光材料层与LED芯片是分离的，散热件又是与发光材料层接触设置，不再需要根据金属支架与导热板改变灯具的设计，因为只需将该LED光学配件封装在空间相对较大的与LED芯片相对的灯具的照明区域即可，也就摆脱了现有技术中通过金属支架与导热板相连的散热方案要改变灯具的限制，极大的提高了光学配件的适用性。
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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示出了根据本发明实施例I的LED光学配件的结构示意图；以及图2示出了根据本发明实施例I的LED光学配件在使用状态时温度随时间变化图；图3示出了根据本发明实施例2的LED光学配件的结构示意图；图4示出了根据本发明实施例2的LED光学配件在使用状态时温度随时间变化图；图5示出了根据本发明实施例3的LED光学配件在使用状态时温度随时间变化图；·图6示出了根据本发明实施例I至3的LED光学配件的光谱图；以及图7示出了根据图3的截面结构示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。根据本发明一种典型的实施例，提供一种LED光学配件。该LED光学配件包括第一基材、发光材料层及散热件，其中，发光材料层设置在第一基材上，散热件设置在发光材料层内。散热件设置在发光材料层内是指该散热件可以设置在发光材料层与第一基材之间、发光材料层内或其上表面。与现有技术中发光材料层通常与LED芯片封装在一起不同,本发明的LED光学配件具有第一基材、发光材料层及散热件，即发光材料层与LED芯片是分离的，散热件又是设置在发光材料层内的，不再需要根据金属支架与导热板改变灯具的设计，只需将该LED光学配件封装在空间相对较大的与LED芯片相对的灯具的照明区域即可，也就摆脱了现有技术中通过金属支架与导热板相连的散热方案要改变灯具的限制，极大地提高了光学配件的适用性。并且本发明的LED光学配件由于在发光材料层加入了散热件，此散热件的选择用了吸光较少或者不吸收光的材料，因此可以保证在保证光学性能不变化的情况下，有效降低了光学配件的工作温度，保证了发光材料在较低工作温度下工作，能够改善发光材料的工作环境并有效延长其工作寿命。因为一般情况下发光材料随着温度的升高效率会有所下降，因此，维持较低的工作温度，也就相当于提高了光效。本发明的散热件应该采用导热性能良好的材料进行制作，而且该散热件不能完全遮蔽发光材料层发光。优选地，散热件是均匀分布在发光材料层内部的金属丝或金属网，该散热件制作方便，且可很方便地根据透明基体的形状进行剪裁，其中，金属丝可以是自身吸收光较少的金属丝，包括银、铝、铝铁合金以及含以上金属镀层的材质，例如银丝、铝丝或钼丝。优选地，金属丝的直 径为O. 01 2mm，此直径的金属丝可以在起到良好导热效果的同时，不至于过多的遮蔽发光材料层的发光。理论上讲，只要散热件不能完全遮蔽发光材料层发光即可，本发明中的散热件遮蔽发光材料层发光面积的O. 01 90%，特殊场合下，即对温度要求高，而对光亮度要求不高时，可以应用覆盖到面积为90%。优选地，散热件遮蔽发光材料层发光面积的O. 01 50%，进一步优选地散热件遮蔽发光材料层发光面积的O. 01 20%，此时既可以保证光通量，也可以有效地维持发光材料层的工作温度。本发明中的发光材料层可以通过现有技术中的方法制作，优选地，发光材料层包括透明高分子聚合物及均匀分散在透明高分子聚合物中的发光材料；其中，透明高分子聚合物为硅胶、环氧树脂等，发光材料为荧光粉、量子点材料等。荧光粉包括市售的YAG系列、硅酸盐系列以及氮化物和氮氧化物等荧光粉。量子点材料包括CdSe、CdS、CdSeS、InP,d-dots以及掺杂纳米晶等市售量子点材料。根据本发明一种典型的实施方式，该LED光学配件具有“三明治”结构，如图3和7所示，包括第一基材I、发光材料层2、散热件3和第二基材4，即在发光材料层上还设置有第二基材。在三明治结构的LED光学配件中，含有发光材料的高分子聚合物可以均匀平整的排布在第一基材和第二基材之间，并且可以使发光材料层免受污染。根据本发明一种典型的实施方式，该LED光学配件具有单面结构，即包括第一基材和设置在第一基材上的发光材料层。由于高分子聚合物的表面张力，单面结构的样品为中间高周边低的结构，针对部分LED点光源特点可以得到好的出光角度，同时其制备工艺较为简单，且节省了一块基材。本发明的第一基材和第二基材的材质可以是玻璃、聚碳酸酯(PC)、或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,简称PMMA,英文Acrylic)基体或者含有少量散光材料的上述材质，其中聚碳酸酯(PC)是无色透明的，耐热，抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能；；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)又称做压克力或有机玻璃，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是平常经常使用的玻璃替代材料。根据本发明一种典型的实施方式，提供一种LED灯。该LED灯包括上述LED光学配件与LED光学配件相适配的LED芯片。根据本发明一种典型的实施方式，本发明的LED光学配件可以通过以下方法制备1)提供第一基材；2)将发光材料均匀分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散体；将高分子分散体涂覆在第一基材上；3)将散热件设置在高分子分散体内；4)固化高分子分散体形成发光材料层。当制备具有“三明治”结构的LED光学配件时，在步骤2)与步骤3)之间进一步包括在涂覆在第一基材上的高分子分散体上设置第二基材。根据本发明一种典型的具体实施方式
，本发明的LED光学配件可以通过以下方法制备
I)将发光材料均匀分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散体，其中发光材料为荧光粉、量子点材料等，高分子聚合物为硅胶、环氧树脂等；2)将高分子分散体用混合机混合分散均匀；3)将混合均匀的高分子分散体均匀涂覆在第一基材上，第一基材可以为玻璃、PC、PMMA等材质，即单面结构；4)取导热性较好的金属丝均匀排布在高分子分散体中，金属丝的粒径在O. 01 2mm ；5)可选地，在高分子分散体上再覆盖上第二基材，即三明治结构；
6)取步骤4)或步骤5)中制得的中间产品在紫外灯下、高温下或者室温固化；7)取固化后的中间产品在低温烤箱中进行后固化处理，保证高分子分散体完全固化，得到LED光学配件。该LED光学配件可以封装在灯具中进行测试，如将该LED光学配件与LED芯片相对放置后封装。本技术结合灯具配件本身进行工艺改进，因为其与LED芯片是分离的，可以放置在空间相对较大的发光区域，因此，受到限制的几率远小于与LED芯片一同设置的散热架，因此可以不改变灯具总体结构设计，适用性较强。下面将结合具体实施例进一步说明本发明的有益效果。实施例I(I)取O. 05g红色量子点材料(605nm)经过配体交换后，均匀分散在Ig紫外固化娃胶中，制成高分子分散液(分散体)。(2)将(I)中制备的分散体用混合机混合分散均匀，所用为Flack 150的混合机。(3)将(2)中混合均匀的分散体均匀涂覆在透明光学玻璃片上，光学玻璃片的直径为29. 6mm,厚度为O. 6mm。(4)取一段直径为O. 2mm的银丝，根据玻璃片形状裁切成一定长度，均匀排布其中，称取O. 5g的分散体并均匀覆盖整个玻璃片表面。(5)取(4)中均匀分布后样品在大功率紫外灯下固化，所用设备为Fusion F300S紫外固化设备，固化时间约为15s。(6)取固化后的样品在50度的烤箱中后固化12h，得到的LED光学配件结构示意如图I所示。(7)封装在筒灯(大连九久，22W)，并将Omega导热探头埋入LED光学配件中心，在灯点亮后监控温度随时间变化图，对比测试结果如图2所示。对单面结构光学配件样品，加入导热银丝样品的工作温度可以降低40度 50度，有效降低了样品的工作温度。实施例2(I)取O. 05g红色量子点材料^05nm)经过配体交换后，均匀分散在Ig紫外固化娃胶中，制成高分子分散液(分散体)。(2)将(I)中制备的分散体用混合机混合分散均勻,所用为Flack 150的混合机。(3)将(2)中混合均匀的分散体均匀涂覆在透明光学玻璃片上，光学玻璃片的直径为29. 6mm,厚度为O. 6mm。(4)取一段直径为O. 2mm的银丝，根据玻璃片形状裁切成一定长度，均匀排布其中。称取O. 3g的分散体并均匀覆盖整个玻璃片表面，用32W手持式紫外灯预固化5s，放置。(5)称取O. 2g的分散体加入另外一片相同尺寸的玻璃片上，用32W手持式紫外灯预固化5s，覆盖到(4)中制备的玻璃片上。(6)取(5)中均匀分布后的三明治样品在大功率紫外灯下固化，所用设备为Fusion F300S紫外固化设备，固化时间约为15s。(7)取固化后的样品在50度的烤箱中后固化12h，LED光学配件结构示意如图3所
/Jn ο(8)封装在筒灯(大连九久，22W)，并将Omega导热探头埋入LED光学配件中心，在灯点亮后监控温度随时间变化图，对比测试结果如图4所示。对三明治结构光学配件样品，加入导热银丝样品的工作温度可以降低10度左右，降低了样品的工作温度。实施例3(I)取O. 05g红色量子点材料^05nm)经过配体交换后，均匀分散在Ig紫外固化娃胶中，制成高分子分散液(分散体)。(2)将(I)中制备的分散体用混合机混合分散均匀，所用为Flack 150的混合机。(3)将(2)中混合均匀的分散体均匀涂覆在透明光学玻璃片上，光学玻璃片的直径为29. 6mm,厚度为O. 6mm。(4)取一段直径为O. 2mm的银丝，根据玻璃片形状裁切成一定长度，均匀排布其中，占空比分别为和90%。称取O. 5g的分散体并均匀覆盖整个玻璃片表面，用32W手持式紫外灯预固化5s，放置。(5)取(4)中均匀分布后的三明治样品在大功率紫外灯下固化，所用设备为FusionF300S紫外固化设备，固化时间约为15s。(6)取固化后的样品在50度的烤箱中后固化12h。(7)封装在筒灯(大连九久，22W)，并将Omega导热探头埋入LED光学配件中心，在灯点亮后监控温度随时间变化图，对比测试结果如图5所示。可见随着加入银丝量的增加，其中心点温度越低，其导热效果越好。取上述方法制备的三个LED光学配件，用远方积分球进行光学测试，测试结果和光谱如表I和图6所示。可见，随着银丝用量的增多，其光学性能在下降，当银丝占空比到50%时候，光通量下降1121m，而占空比为20%，其光通量仅降低301m，但是其工作温度下降较多。表I
权利要求
1.一种LED光学配件，其特征在于，包括 第一基材， 发光材料层，设置在所述第一基材上，以及 散热件，设置在所述发光材料层内。
2.根据权利要求I所述的LED光学配件，其特征在于，所述散热件是均匀分布在所述发光材料层内部的金属丝或金属网。
3.根据权利要求2所述的LED光学配件，其特征在于，所述金属丝的直径为O.Ol 2mm ο
4.根据权利要求I所述的LED光学配件，其特征在于，所述散热件遮蔽所述发光材料层发光面积的O. 01 20%。
5.根据权利要求I所述的LED光学配件，其特征在于，所述发光材料层包括透明高分子聚合物及均匀分散在所述透明高分子聚合物中的发光材料；其中，所述透明高分子聚合物为硅胶或环氧树脂，所述发光材料为荧光粉或量子点材料。
6.根据权利要求I所述的LED光学配件，其特征在于，进一步包括第二基材，所述第二基材设置在所述发光材料层上。
7.根据权利要求6所述的LED光学配件，其特征在于，所述第一基材和所述第二基材的材质是玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
8.一种LED灯，其特征在于，包括如权利要求I至7中任一项所述的LED光学配件及与所述LED光学配件相适配的LED芯片。
9.一种如权利要求I至7中任一项所述的LED光学配件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 1)提供第一基材； 2)将发光材料均匀分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散体；将所述高分子分散体涂覆在所述第一基材上； 3)在所述高分子分散体内设置散热件；以及 4)固化所述高分子分散体形成发光材料层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)与步骤3)之间进一步包括在所述高分子分散体上设置第二基材。
全文摘要
本发明公开了一种LED光学配件、LED灯及LED光学配件制备方法。其中，该LED光学配件包括第一基材，发光材料层，设置在第一基材上，以及散热件，设置在发光材料层内。发光材料层在吸收光源发出的高能量低波长的光后再发射出相应低能量高波长的光后得到较好的暖白光效果。但是由于发光材料层转换效率并非百分之百，所以仍有部分吸收到的能量转换为热能，造成发光材料层工作温度升高，发光材料光效降低，进而导致LED灯具光效降低和色温漂移。本发明通过在发光材料层中加入散热件，在导热的同时保持了较好的光学效果，从而提高了发光材料层和LED灯具本身的光效，延长了发光材料层的寿命并大大提高了此光学配件的适用范围。
文档编号H01L33/64GK102916116SQ201210288690
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者康永印, 史翰林 申请人:杭州纳晶科技有限公司