CN102516501A

CN102516501A - 一种用于制作led透镜的光固化材料

Info

Publication number: CN102516501A
Application number: CN2011103746316A
Authority: CN
Inventors: 朱仕正; 赵经纬; 许良忠; 宋涛
Original assignee: Qingdao Lvyuan Fine Chemicals Inst Co ltd; Shanghai Institute of Organic Chemistry of CAS
Current assignee: Qingdao Lvyuan Fine Chemicals Inst Co ltd; Shanghai Institute of Organic Chemistry of CAS
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开了一种用于制作LED透镜的光固化材料，所述的光固化材料的组成配方是：100质量份环氧树脂、1～10质量份增韧剂、80～120质量份固化剂、1～10质量份光引发剂，其中的环氧树脂为脂环族环氧树脂或E型环氧树脂或脂环族环氧树脂与E型环氧树脂的混合物。本发明的光固化材料，能在常温下几秒钟内快速固化，形成的透镜层无论是直接封装在LED芯片上的一次透镜，还是独立制作的二次透镜，均不易出现开裂现象，且透光率达到99％，折射率达到1.53，伸长率达到130～150％，并具有良好的耐紫外性能和耐湿热性能，能有效改善LED器件的整体性能，符合产业化批量生产的需求。

Description

一种用于制作LED透镜的光固化材料

技术领域

本发明涉及一种光固化材料，具体说，是涉及一种用于制作LED透镜的光固化材料，属于材料技术领域。

背景技术

LED是一种可直接将电能转化为可见光的发光器件，主要是电子经由发光中心与空穴复合而发光，具有工作电压低、体积小、寿命长、耗电量小、发光效率高、光色纯、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻，而且能够配合轻、薄和小型化之应用设备的需求等一系列特性，成为日常生活中十分普遍的产品，尤其是在灯具中使用。

为了保证LED的可靠性，需对其进行封装，以避免大气中水汽和化学物质的侵蚀。在LED产业链中，作为中下游的LED封装不但要完成电信号的输入输出，保护芯片在正常的电流下工作，使其不受到机械、热、潮湿及其它的外部冲击，还要维持工作状态下芯片的温度不超过允许范围。作为LED产业链中承上启下的LED封装产业，在整个产业链中起着无可比拟的重要作用。因此，封装技术是产业链中重要的关键一环。

目前市场上的LED封装结构，透镜部分大都是采用热固化环氧树脂制作而成。环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。由于其分子结构中含有活泼的环氧基团，能与胺、酸酐、咪唑、酚醛树脂等发生交联反应，形成不溶、不熔的具有三维网状结构的高聚物。这种聚合物结构中含有大量的羟基、醚键、氨基等极性基团，从而赋予材料许多优异的性能，比如优良的粘着性、机械性、绝缘性、耐腐蚀性和低收缩性，且成本比较低、配方灵活多变、易成型、生产效率高等，使其广泛地应用于电子器件、集成电路和LED的封装。环氧树脂种类很多，根据结构的不同主要分为缩水甘油醚型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、脂肪族、脂环族、酚醛环氧树脂和环氧化的丁二烯等。由于结构决定性能，因此不同结构的环氧树脂，其对所封装的制品的各项性能指标会产生直接的影响。例如：在“Comparison of epoxyresins for applications in light-emitting diodes”(Advances in Polymer Technology，2004，23(4)：298-306.)一文中，主要讲述了以六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，以TBAB为催化剂，分别对用于LED封装的双酚A型环氧树脂DER.-331、UV稳定剂改性后的双酚A型环氧树脂Eporite-5630和脂环族环氧树脂ERL-4221进行了研究，虽然此类材料增强了它的内聚力、粘结力、浸润性、粘附力，提高了耐热性、刚性、耐UV性、低吸湿性，但容易发生光降解而老化并发黄导致光衰或者其固化过程中产生的内应力导致其它性能较差，直接影响了LED器件的使用寿命。在公开日为1974年11月09日，专利号为US3849187，名称为“Encapsulant compositions for semicondutors”的专利中，记载了使用二或三烷氧基硅烷与环氧树脂共混并反应，发现少量的硅烷即可降低材料的吸湿性，提高环氧的绝缘性和耐久性；在公开日为1989年8月22日，专利号为US4859722，名称为“Epoxy resin composition”的专利中，则记载了采用含氢的硅树脂与烯丙基缩水甘油醚等化合物进行硅氢加成反应，制备有机硅改性的环氧化合物，然后将其与环氧树脂进行共固化，得到高玻璃化转变温度、低热膨胀系数及抗龟裂性好的封装材料；在公开时间为1996年10月1日，专利号为US5561174，名称为“Liquid epoxy resin composition”的专利中，作者通过在聚二甲基硅氧烷链段中引入一定的苯基来改善与环氧树脂的相容性，在侧链上引入氨基与环氧反应，将有机硅链段接枝到环氧结构中来减少固化产物的内应力和耐高低温冲击性能；在公开时间为2005年1月5日，专利号为CN1560106A，名称为“有机硅改性环氧树脂和它的电子封装材料及其制法”的专利中描述，在有机硅改性环氧树脂的发明专利中采用氯端基封端的有机硅与双酚A型环氧树脂中的羟基反应，生成有机硅改性双酚A型环氧树脂后，再将改性树脂与各种电子封装用环氧相混合并共同固化，达到了既提高环氧树脂的韧性和耐热性又能明显降低吸水率的目的。但是，环氧树脂材料存在的缺点是：由于其为多晶结构，透光率差，且不耐老化，当环氧树脂老化后会逐渐光衰，进而影响照出亮度，尤其波长越短时老化越快，特别是部分LED使用近紫外发光，与其它可见光相比其波长更短，老化更快。同时，由于热固化工艺要求在120～130℃长时间操作，大量耗费电能。

有一些刊物上有采用有机硅来制作封装材料的方法记载，从刊物上看，有机硅材料具有良好的透明性、耐高低温性、耐候性、绝缘性及强的疏水性等，理论上看似可能成为LED封装材料的较理想选择。例如：在公开号为US0116640、名称为“Siliocne resin composition for LED devices”专利中，记载有采用乙烯基二甲基氯硅烷和三甲基氯硅烷与硅酸酯反应制备乙烯基硅树脂，然后配合一定的乙烯基硅油与含氢硅油进行混合固化；在一篇公开号为US0264567A1的专利中，作者则采用此法首先合成了不同聚合度的乙烯基封端的硅油，然后制备了含氢硅树脂交联剂与其配合固化，得到一种新封装材料；在已发表的一篇专利(公开号WO086987)中，则采用支化的乙烯基苯基硅树脂与乙烯基硅油和含氢硅油混合固化。但是以上几类有机硅材料本身不具备较强的机械强度，且热膨胀率较高。在“Addition-crosslinking silicone resincompositions”(公开号US7153914)一文中则采用含有乙烯基和硅氢键的硅树脂与Kar stedt催化剂混合，可以在120℃快速固化，并将封装材料的硬度提高到邵氏硬度40～50D；在一篇公开号为US7566756的专利中，用了3种不同官能团的硅氧烷，通过硅氢加成制备抗冲击性优异的、浇注成型好的封装材料。但有机硅材料本身存在的缺点是折射率较低，苯基含量很高时其折射率才能达到1.5以上，且存在耐腐蚀性差、粘结强度低、力学性能差及生产成本较高等缺陷；且到目前为止，上述数据和结果处于试验阶段，尚未得到市场检验和高度认可的产品。

另外，目前还有一些刊物上有不采用环氧树脂来制作透镜的其它LED封装机构和封装方法记载，如采用光固化材料制作透镜层，由于光固化材料的特性使得透镜层不易老化，具有使用寿命长，效果好的优点，但是，目前的这些技术不是在实际中无法实现，就是工艺复杂，例如在公开日为2009年11月18日，公开号为101582477，名称为“一种LED芯片的活性封装方法及封装结构”的专利申请文献中，记载了一种其透镜是由光固化树脂制作而成的LED封装技术，虽然从文件上看，其透镜层可以由光敏树脂制作而成，具有使用寿命长的优点，但是，其光敏树脂的聚合是利用LED芯片自发光而形成，其工艺复杂，不具有大规模量产的可行性。

另外，在中国专利文献中也公开了一种光固化发光二极管封装材料，其公开号为CN101692473A，该文献中讲述了一种封装材料可以直接注入模具中，在紫外光照射下即可迅速固化，直接脱模，提高生产效率，节省能源，然而，由于该材料采用不饱和聚酯树脂以及脱模剂，在脱模剂的影响下，容易在生产过程中出现部分开裂的情况，因此无法大规模生产。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种能在常温下几秒钟固化、制作的LED透镜不易开裂且透光性能及力学性能均优异的用于制作LED透镜的光固化材料，以满足本领域的工业化需求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于制作LED透镜的光固化材料，具有如下组成配方：

其中的环氧树脂为脂环族环氧树脂或E型环氧树脂或脂环族环氧树脂与E型环氧树脂的混合物。

作为优选方案，所述的光固化材料，具有如下组成配方：

所述的脂环族环氧树脂优选环氧当量为128～145，官能基数为2，粘度为200～450mPa.s的脂环族环氧树脂。

所述的E型环氧树脂优选平均环氧值为0.51的E型环氧树脂。

所述的脂环族环氧树脂与E型环氧树脂的混合物优选脂环族环氧树脂与E型环氧树脂按质量比为4∶1～9∶1的配比形成的混合物。

所述的增韧剂优选为聚氨酯、丁腈橡胶、聚醚、硅树脂中的任意一种或几种以任意比例形成的混合物。

所述的固化剂推荐为酸酐类固化剂，优选为酯环类酸酐固化剂。

所述的酯环类酸酐固化剂优选为甲基六氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐或四氢邻苯二甲酸酐中的任意一种或几种以任意比例形成的混合物。

所述的光引发剂推荐为自由基型光引发剂或阳离子型光引发剂或自由基型光引发剂与阳离子型光引发剂的混合物。

所述的自由基型光引发剂优选为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(光引发剂1173)或2-羟基-2甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮(光引发剂KIP150)。

所述的阳离子型光引发剂优选为三芳基硫鎓盐或三芳基磷鎓盐。

所述的自由基型光引发剂与阳离子型光引发剂的混合物优选自由基型光引发剂与阳离子型光引发剂按质量比为1∶1～1∶3的配比形成的混合物。

将组成光固化材料的所述各组成原料按配比加入一起，搅拌使混合均匀，然后将混合得到的材料注入LED透镜模具中，送入UV光固化机中，在紫外光的照射下，所述材料会瞬间固化，形成透镜层。

与现有技术相比，本发明的用于制作LED透镜的光固化材料，能在常温下几秒钟内快速固化，形成的透镜层无论是直接封装在LED芯片上的一次透镜，还是独立制作的二次透镜，均不易出现开裂现象，且透光率达到99％，折射率达到1.53，伸长率达到130～150％，并具有良好的耐紫外性能和耐湿热性能，能有效改善LED器件的整体性能，符合产业化批量生产的需求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明。

下述实施例中所用的脂环族环氧树脂的环氧当量为128～145，官能基数为2，粘度为200～450mPa.s，牌号为日本大赛璐2021P或美国亨斯迈CY179；所用的E型环氧树脂的平均环氧值为0.51，牌号为巴陵石化CYD-128(简记为E-51)。

实施例1

按如下配方称取各组成原料：

将上述各组成原料加入一起，搅拌使混合均匀，然后将混合得到的材料注入LED透镜模具中，送入UV光固化机中，在紫外光的照射下，所述材料会瞬间固化，形成透镜层。

实施例2

按如下配方称取各组成原料：

实施例3

按如下配方称取各组成原料：

实施例4

按如下配方称取各组成原料：

实施例5

按如下配方称取各组成原料：

实施例6

按如下配方称取各组成原料：

实施例7

按如下配方称取各组成原料：

实施例8

按如下配方称取各组成原料：

参照国家标准GB/T 2410-2008透明塑料透光率的测定方法，使用透光仪进行透镜层的透光率测试。

参照国家标准GB/T 7962.11-1987透明塑料折射率的测定方法，使用阿贝折光仪进行透镜层的折射率测试。

参考国家标准GB/T 1701-2001硬质橡胶拉伸强度的测定方法，进行透镜层的伸长率测试。

参考行业标准ASTM G53-88紫外灯耐气候试验箱1000小时实验方法，进行透镜层的耐紫外性能测试。

参考行业标准，红墨水实验方法：在100℃红墨水中，浸煮1小时，查看树脂被染色情况，进行透镜层的耐湿热性能测试

对实施例1～8所制透镜的透光率、折射率、伸长率、耐紫外性能及耐湿热性能的测试结果见表1所示。

表1实施例1～8所制透镜的性能测试结果

样品	透光率	折射率	伸长率	耐紫外性	耐湿热性
						实施例1	99％	1.52	130％	良好	良好
实施例2	99％	1.49	140％	良好	良好
						实施例3	99％	1.52	140％	良好	良好
实施例4	99％	1.52	150％	良好	良好
						实施例5	99％	1.52	150％	良好	良好
实施例6	99％	1.52	130％	佳	佳
						实施例7	99％	1.52	130％	佳	佳
实施例8	99％	1.53	140％	佳	良好

由表1可见：由本发明的光固化材料形成的透镜层，不仅透光率达到99％，折射率达到1.53，伸长率达到130～150％，而且具有良好的耐紫外性能和耐湿热性能，能有效改善LED器件的整体性能。

最后有必要说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于，具有如下组成配方：

2.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于，具有如下组成配方：

3.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的脂环族环氧树脂的环氧当量为128～145，官能基数为2，粘度为200～450mPa.s。

4.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的E型环氧树脂的平均环氧值为0.51。

5.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的脂环族环氧树脂与E型环氧树脂的混合物是由脂环族环氧树脂与E型环氧树脂按质量比为4∶1～9∶1的配比形成的混合物。

6.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的增韧剂为聚氨酯、丁腈橡胶、聚醚、硅树脂中的任意一种或几种以任意比例形成的混合物。

7.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的固化剂为酸酐类固化剂。

8.根据权利要求7所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的固化剂为酯环酸酐类固化剂。

9.根据权利要求8所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐或四氢邻苯二甲酸酐中的任意一种或几种以任意比例形成的混合物。

10.根据权利要求1所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的光引发剂为自由基型光引发剂或阳离子型光引发剂或自由基型光引发剂与阳离子型光引发剂的混合物。

11.根据权利要求10所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的自由基型光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(光引发剂1173)或2-羟基-2甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮(光引发剂KIP150)。

12.根据权利要求10所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的阳离子型光引发剂为三芳基硫鎓盐或三芳基磷鎓盐。

13.根据权利要求10所述的用于制作LED透镜的光固化材料，其特征在于：所述的自由基型光引发剂与阳离子型光引发剂的混合物是由自由基型光引发剂与阳离子型光引发剂按质量比为1∶1～1∶3的配比形成的混合物。