專利名稱：Led 光學配件、led燈及l(fā)ed光學配件制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明領域，具體而言，涉及一種LED光學配件、LED燈及LED光學配件制備方法。
背景技術：
現(xiàn)有的LED封裝工藝是直接將熒光粉涂覆在LED芯片上或者采用發(fā)光材料層與芯片分離的遠程熒光粉技術，發(fā)光材料層在光轉換過程中會產(chǎn)生大量的熱量，若不及時將熱量導出將會發(fā)光材料層工作溫度升高，長期使用在高溫情況下，將會導致熒光粉壽命比縮短甚至失效，進而導致LED燈具上升，光學質量下降，同時也導致LED整燈壽命縮減。為了使封裝在一起的熒光粉層工作過程中產(chǎn)生的大量熱量及時散發(fā)，現(xiàn)有技術通 過散熱基座或者銀漿導熱；也有通過金屬支架與導熱板相連接導熱來解決封裝體的散熱問題；或者在光學配件和熱沉之間加入導熱硅膠進行散熱。但是，通過金屬支架與導熱板相連等技術解決方案解決散熱問題時需要改變燈具設計，這就限制了光學配件的適用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種LED光學配件、LED燈及LED光學配件制備方法，以解決現(xiàn)有技術中LED光學配件散熱不好的技術問題。為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種LED光學配件。該LED光學配件包括第一基材，發(fā)光材料層，設置在第一基材上，以及散熱件，與發(fā)光材料層相接觸。進一步地，散熱件是均勻分布在發(fā)光材料層內(nèi)部的金屬絲或金屬網(wǎng)。進一步地,金屬絲的直徑為O. 01 2mm。進一步地，散熱件遮蔽發(fā)光材料層發(fā)光面積的O. 01 20%。進一步地，發(fā)光材料層包括透明高分子聚合物及均勻分散在透明高分子聚合物中的發(fā)光材料；其中，透明高分子聚合物為硅膠或環(huán)氧樹脂，發(fā)光材料為熒光粉或量子點材料。進一步地，進一步包括第二基材，第二基材設置在發(fā)光材料層上。進一步地，第一基材和第二基材的材質是玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。根據(jù)本發(fā)明另一個方面，提供一種LED燈。該LED燈包括LED光學配件及與LED光學配件相適配的LED芯片。根據(jù)本發(fā)明再一個方面，提供一種LED光學配件的制備方法。該方法包括以下步驟1)提供第一基材；2)將發(fā)光材料均勻分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散體；將高分子分散體涂覆在第一基材上；3)在高分子分散體內(nèi)設置散熱件；以及4)固化高分子分散體形成發(fā)光材料層。進一步地，在步驟2)與步驟3)之間進一步包括在高分子分散體上設置第二基材。
發(fā)光材料層在吸收光源發(fā)出的高能量低波長的光后再發(fā)射出相應低能量高波長的光后得到較好的暖白光效果。但是由于發(fā)光材料層轉換效率并非百分之百，所以仍有部分吸收到的能量轉換為熱能，造成發(fā)光材料層工作溫度升高，發(fā)光材料光效降低，進而導致LED燈具光效降低和色溫漂移。本發(fā)明通過在發(fā)光材料層中加入低吸收光的導熱件，在導熱的同時保持了較好的光學效果，從而提高了發(fā)光材料層和LED燈具本身的光效，延長了發(fā)光材料層的壽命并大大提高了此光學配件的適用范圍。與現(xiàn)有技術中發(fā)光材料層通常與LED芯片封裝在一起或者單獨的發(fā)光材料層不同，本發(fā)明的LED光學配件具有第一基材、發(fā)光材料層及散熱件，即發(fā)光材料層與LED芯片是分離的，散熱件又是與發(fā)光材料層接觸設置，不再需要根據(jù)金屬支架與導熱板改變燈具的設計，因為只需將該LED光學配件封裝在空間相對較大的與LED芯片相對的燈具的照明區(qū)域即可，也就擺脫了現(xiàn)有技術中通過金屬支架與導熱板相連的散熱方案要改變燈具的限制，極大的提高了光學配件的適用性。


說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I的LED光學配件的結構示意圖；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I的LED光學配件在使用狀態(tài)時溫度隨時間變化圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例2的LED光學配件的結構示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例2的LED光學配件在使用狀態(tài)時溫度隨時間變化圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例3的LED光學配件在使用狀態(tài)時溫度隨時間變化圖；·圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例I至3的LED光學配件的光譜圖；以及圖7示出了根據(jù)圖3的截面結構示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施例，提供一種LED光學配件。該LED光學配件包括第一基材、發(fā)光材料層及散熱件，其中，發(fā)光材料層設置在第一基材上，散熱件設置在發(fā)光材料層內(nèi)。散熱件設置在發(fā)光材料層內(nèi)是指該散熱件可以設置在發(fā)光材料層與第一基材之間、發(fā)光材料層內(nèi)或其上表面。與現(xiàn)有技術中發(fā)光材料層通常與LED芯片封裝在一起不同,本發(fā)明的LED光學配件具有第一基材、發(fā)光材料層及散熱件，即發(fā)光材料層與LED芯片是分離的，散熱件又是設置在發(fā)光材料層內(nèi)的，不再需要根據(jù)金屬支架與導熱板改變燈具的設計，只需將該LED光學配件封裝在空間相對較大的與LED芯片相對的燈具的照明區(qū)域即可，也就擺脫了現(xiàn)有技術中通過金屬支架與導熱板相連的散熱方案要改變燈具的限制，極大地提高了光學配件的適用性。并且本發(fā)明的LED光學配件由于在發(fā)光材料層加入了散熱件，此散熱件的選擇用了吸光較少或者不吸收光的材料，因此可以保證在保證光學性能不變化的情況下，有效降低了光學配件的工作溫度，保證了發(fā)光材料在較低工作溫度下工作，能夠改善發(fā)光材料的工作環(huán)境并有效延長其工作壽命。因為一般情況下發(fā)光材料隨著溫度的升高效率會有所下降，因此，維持較低的工作溫度，也就相當于提高了光效。本發(fā)明的散熱件應該采用導熱性能良好的材料進行制作，而且該散熱件不能完全遮蔽發(fā)光材料層發(fā)光。優(yōu)選地，散熱件是均勻分布在發(fā)光材料層內(nèi)部的金屬絲或金屬網(wǎng)，該散熱件制作方便，且可很方便地根據(jù)透明基體的形狀進行剪裁，其中，金屬絲可以是自身吸收光較少的金屬絲，包括銀、鋁、鋁鐵合金以及含以上金屬鍍層的材質，例如銀絲、鋁絲或鉬絲。優(yōu)選地，金屬絲的直 徑為O. 01 2mm，此直徑的金屬絲可以在起到良好導熱效果的同時，不至于過多的遮蔽發(fā)光材料層的發(fā)光。理論上講，只要散熱件不能完全遮蔽發(fā)光材料層發(fā)光即可，本發(fā)明中的散熱件遮蔽發(fā)光材料層發(fā)光面積的O. 01 90%，特殊場合下，即對溫度要求高，而對光亮度要求不高時，可以應用覆蓋到面積為90%。優(yōu)選地，散熱件遮蔽發(fā)光材料層發(fā)光面積的O. 01 50%，進一步優(yōu)選地散熱件遮蔽發(fā)光材料層發(fā)光面積的O. 01 20%，此時既可以保證光通量，也可以有效地維持發(fā)光材料層的工作溫度。本發(fā)明中的發(fā)光材料層可以通過現(xiàn)有技術中的方法制作，優(yōu)選地，發(fā)光材料層包括透明高分子聚合物及均勻分散在透明高分子聚合物中的發(fā)光材料；其中，透明高分子聚合物為硅膠、環(huán)氧樹脂等，發(fā)光材料為熒光粉、量子點材料等。熒光粉包括市售的YAG系列、硅酸鹽系列以及氮化物和氮氧化物等熒光粉。量子點材料包括CdSe、CdS、CdSeS、InP,d-dots以及摻雜納米晶等市售量子點材料。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，該LED光學配件具有“三明治”結構，如圖3和7所示，包括第一基材I、發(fā)光材料層2、散熱件3和第二基材4，即在發(fā)光材料層上還設置有第二基材。在三明治結構的LED光學配件中，含有發(fā)光材料的高分子聚合物可以均勻平整的排布在第一基材和第二基材之間，并且可以使發(fā)光材料層免受污染。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，該LED光學配件具有單面結構，即包括第一基材和設置在第一基材上的發(fā)光材料層。由于高分子聚合物的表面張力，單面結構的樣品為中間高周邊低的結構，針對部分LED點光源特點可以得到好的出光角度，同時其制備工藝較為簡單，且節(jié)省了一塊基材。本發(fā)明的第一基材和第二基材的材質可以是玻璃、聚碳酸酯(PC)、或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,簡稱PMMA,英文Acrylic)基體或者含有少量散光材料的上述材質，其中聚碳酸酯(PC)是無色透明的，耐熱，抗沖擊，阻燃，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機械性能；；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)又稱做壓克力或有機玻璃，具有高透明度，低價格，易于機械加工等優(yōu)點，是平常經(jīng)常使用的玻璃替代材料。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，提供一種LED燈。該LED燈包括上述LED光學配件與LED光學配件相適配的LED芯片。根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，本發(fā)明的LED光學配件可以通過以下方法制備1)提供第一基材；2)將發(fā)光材料均勻分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散體；將高分子分散體涂覆在第一基材上；3)將散熱件設置在高分子分散體內(nèi)；4)固化高分子分散體形成發(fā)光材料層。當制備具有“三明治”結構的LED光學配件時，在步驟2)與步驟3)之間進一步包括在涂覆在第一基材上的高分子分散體上設置第二基材。根據(jù)本發(fā)明一種典型的具體實施方式
，本發(fā)明的LED光學配件可以通過以下方法制備
I)將發(fā)光材料均勻分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散體，其中發(fā)光材料為熒光粉、量子點材料等，高分子聚合物為硅膠、環(huán)氧樹脂等；2)將高分子分散體用混合機混合分散均勻；3)將混合均勻的高分子分散體均勻涂覆在第一基材上，第一基材可以為玻璃、PC、PMMA等材質，即單面結構；4)取導熱性較好的金屬絲均勻排布在高分子分散體中，金屬絲的粒徑在O. 01 2mm ；5)可選地，在高分子分散體上再覆蓋上第二基材，即三明治結構；
6)取步驟4)或步驟5)中制得的中間產(chǎn)品在紫外燈下、高溫下或者室溫固化；7)取固化后的中間產(chǎn)品在低溫烤箱中進行后固化處理，保證高分子分散體完全固化，得到LED光學配件。該LED光學配件可以封裝在燈具中進行測試，如將該LED光學配件與LED芯片相對放置后封裝。本技術結合燈具配件本身進行工藝改進，因為其與LED芯片是分離的，可以放置在空間相對較大的發(fā)光區(qū)域，因此，受到限制的幾率遠小于與LED芯片一同設置的散熱架，因此可以不改變燈具總體結構設計，適用性較強。下面將結合具體實施例進一步說明本發(fā)明的有益效果。實施例I(I)取O. 05g紅色量子點材料(605nm)經(jīng)過配體交換后，均勻分散在Ig紫外固化娃膠中，制成高分子分散液(分散體)。(2)將(I)中制備的分散體用混合機混合分散均勻，所用為Flack 150的混合機。(3)將(2)中混合均勻的分散體均勻涂覆在透明光學玻璃片上，光學玻璃片的直徑為29. 6mm,厚度為O. 6mm。(4)取一段直徑為O. 2mm的銀絲，根據(jù)玻璃片形狀裁切成一定長度，均勻排布其中，稱取O. 5g的分散體并均勻覆蓋整個玻璃片表面。(5)取(4)中均勻分布后樣品在大功率紫外燈下固化，所用設備為Fusion F300S紫外固化設備，固化時間約為15s。(6)取固化后的樣品在50度的烤箱中后固化12h，得到的LED光學配件結構示意如圖I所示。(7)封裝在筒燈(大連九久，22W)，并將Omega導熱探頭埋入LED光學配件中心，在燈點亮后監(jiān)控溫度隨時間變化圖，對比測試結果如圖2所示。對單面結構光學配件樣品，加入導熱銀絲樣品的工作溫度可以降低40度 50度，有效降低了樣品的工作溫度。實施例2(I)取O. 05g紅色量子點材料^05nm)經(jīng)過配體交換后，均勻分散在Ig紫外固化娃膠中，制成高分子分散液(分散體)。(2)將(I)中制備的分散體用混合機混合分散均勻,所用為Flack 150的混合機。(3)將(2)中混合均勻的分散體均勻涂覆在透明光學玻璃片上，光學玻璃片的直徑為29. 6mm,厚度為O. 6mm。(4)取一段直徑為O. 2mm的銀絲，根據(jù)玻璃片形狀裁切成一定長度，均勻排布其中。稱取O. 3g的分散體并均勻覆蓋整個玻璃片表面，用32W手持式紫外燈預固化5s，放置。(5)稱取O. 2g的分散體加入另外一片相同尺寸的玻璃片上，用32W手持式紫外燈預固化5s，覆蓋到(4)中制備的玻璃片上。(6)取(5)中均勻分布后的三明治樣品在大功率紫外燈下固化，所用設備為Fusion F300S紫外固化設備，固化時間約為15s。(7)取固化后的樣品在50度的烤箱中后固化12h，LED光學配件結構示意如圖3所
/Jn ο(8)封裝在筒燈(大連九久，22W)，并將Omega導熱探頭埋入LED光學配件中心，在燈點亮后監(jiān)控溫度隨時間變化圖，對比測試結果如圖4所示。對三明治結構光學配件樣品，加入導熱銀絲樣品的工作溫度可以降低10度左右，降低了樣品的工作溫度。實施例3(I)取O. 05g紅色量子點材料^05nm)經(jīng)過配體交換后，均勻分散在Ig紫外固化娃膠中，制成高分子分散液(分散體)。(2)將(I)中制備的分散體用混合機混合分散均勻，所用為Flack 150的混合機。(3)將(2)中混合均勻的分散體均勻涂覆在透明光學玻璃片上，光學玻璃片的直徑為29. 6mm,厚度為O. 6mm。(4)取一段直徑為O. 2mm的銀絲，根據(jù)玻璃片形狀裁切成一定長度，均勻排布其中，占空比分別為和90%。稱取O. 5g的分散體并均勻覆蓋整個玻璃片表面，用32W手持式紫外燈預固化5s，放置。(5)取(4)中均勻分布后的三明治樣品在大功率紫外燈下固化，所用設備為FusionF300S紫外固化設備，固化時間約為15s。(6)取固化后的樣品在50度的烤箱中后固化12h。(7)封裝在筒燈(大連九久，22W)，并將Omega導熱探頭埋入LED光學配件中心，在燈點亮后監(jiān)控溫度隨時間變化圖，對比測試結果如圖5所示?？梢婋S著加入銀絲量的增加，其中心點溫度越低，其導熱效果越好。取上述方法制備的三個LED光學配件，用遠方積分球進行光學測試，測試結果和光譜如表I和圖6所示?？梢?，隨著銀絲用量的增多，其光學性能在下降，當銀絲占空比到50%時候，光通量下降1121m，而占空比為20%，其光通量僅降低301m，但是其工作溫度下降較多。表I
權利要求
1.一種LED光學配件，其特征在于，包括 第一基材， 發(fā)光材料層，設置在所述第一基材上，以及 散熱件，設置在所述發(fā)光材料層內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求I所述的LED光學配件，其特征在于，所述散熱件是均勻分布在所述發(fā)光材料層內(nèi)部的金屬絲或金屬網(wǎng)。
3.根據(jù)權利要求2所述的LED光學配件，其特征在于，所述金屬絲的直徑為O.Ol 2mm ο
4.根據(jù)權利要求I所述的LED光學配件，其特征在于，所述散熱件遮蔽所述發(fā)光材料層發(fā)光面積的O. 01 20%。
5.根據(jù)權利要求I所述的LED光學配件，其特征在于，所述發(fā)光材料層包括透明高分子聚合物及均勻分散在所述透明高分子聚合物中的發(fā)光材料；其中，所述透明高分子聚合物為硅膠或環(huán)氧樹脂，所述發(fā)光材料為熒光粉或量子點材料。
6.根據(jù)權利要求I所述的LED光學配件，其特征在于，進一步包括第二基材，所述第二基材設置在所述發(fā)光材料層上。
7.根據(jù)權利要求6所述的LED光學配件，其特征在于，所述第一基材和所述第二基材的材質是玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
8.一種LED燈，其特征在于，包括如權利要求I至7中任一項所述的LED光學配件及與所述LED光學配件相適配的LED芯片。
9.一種如權利要求I至7中任一項所述的LED光學配件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)提供第一基材； 2)將發(fā)光材料均勻分散在透明高分子聚合物中，制成高分子分散體；將所述高分子分散體涂覆在所述第一基材上； 3)在所述高分子分散體內(nèi)設置散熱件；以及 4)固化所述高分子分散體形成發(fā)光材料層。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟2)與步驟3)之間進一步包括在所述高分子分散體上設置第二基材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED光學配件、LED燈及LED光學配件制備方法。其中，該LED光學配件包括第一基材，發(fā)光材料層，設置在第一基材上，以及散熱件，設置在發(fā)光材料層內(nèi)。發(fā)光材料層在吸收光源發(fā)出的高能量低波長的光后再發(fā)射出相應低能量高波長的光后得到較好的暖白光效果。但是由于發(fā)光材料層轉換效率并非百分之百，所以仍有部分吸收到的能量轉換為熱能，造成發(fā)光材料層工作溫度升高，發(fā)光材料光效降低，進而導致LED燈具光效降低和色溫漂移。本發(fā)明通過在發(fā)光材料層中加入散熱件，在導熱的同時保持了較好的光學效果，從而提高了發(fā)光材料層和LED燈具本身的光效，延長了發(fā)光材料層的壽命并大大提高了此光學配件的適用范圍。
文檔編號H01L33/64GK102916116SQ201210288690
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權日2012年8月14日
發(fā)明者康永印, 史翰林 申請人:杭州納晶科技有限公司