CN103013491A

CN103013491A - 硅胶配件及其制备方法、具有其的led 灯具

Info

Publication number: CN103013491A
Application number: CN2012105595508A
Authority: CN
Inventors: 苏凯; 康永印; 史翰林; 吕芬芳
Original assignee: HANGZHOU NAJING TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: Najing Technology Corp Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103013491B

Abstract

本发明提供了一种硅胶配件及其制备方法、具有其的LED灯具。该硅胶配件包括硅胶、与硅胶的折射率相差在3.5%以内的硅胶粉以及发光材料，硅胶配件中硅胶与硅胶粉的重量比为1：1～99.99：0.01，硅胶配件中发光材料的重量百分含量为1～90%。硅胶配件中硅胶粉主要作用是改善硅胶的粘度，由于硅胶与硅胶粉的折射率相差在3.5%以内，光透过时硅胶粉对光的透过率以及路径影响都较小；对于色温不同的硅胶配件，发光材料用量的改变所引起的粘度的变化可以通过改变硅胶粉的用量加以调节，从而不会影响硅胶的成型，可以有效控制发光材料的厚度以及硅胶的用量，简化了现有技术中硅胶配件的制作对模具的依赖，节约了生产成本。

Description

硅胶配件及其制备方法、具有其的LED 灯具

技术领域

本发明涉及照明领域，具体而言涉及一种硅胶配件及其制备方法、具有其的LED灯具。

背景技术

半导体发光二极管灯具即LED（Light Emitting Diode）灯具，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

目前，用于封装半导体芯片的硅胶配件一般采用以下工艺制备：首先将荧光粉与硅胶直接混合制备得到浆料，然后利用丝网印刷回火硅胶注塑成型技术将浆料成型得到硅胶配件。在制备过程中，需要根据荧光粉的量来调控样品色温，同时，荧光粉的添加量又在很大程度上影响浆料的粘度，一旦荧光粉的量发生变化，已经调配好的浆料粘度就会发生改变，对硅胶的成型产生影响；而且，为了达到较好的散光匀光效果，向浆料中加入二氧化钛（TiO₂）等作为光扩散剂，但是由于二氧化钛和硅胶的折射率不同，并且对光效改变较大，散光效果难以控制，因此二氧化钛的加入量有限。鉴于上述原因，要做到不同色温的硅胶配件，由于荧光粉的量的变化引起硅胶用量变化或硅胶层厚度变化，从而影响整灯的组装工艺和模具制备。

发明内容

本发明旨在提供一种硅胶配件及其制备方法、具有其的LED灯具，以解决现有技术硅胶配件的成型与光学效果难以控制的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种硅胶配件，硅胶配件包括硅胶、与硅胶的折射率相差在3.5%以内的硅胶粉以及发光材料，硅胶配件中硅胶与硅胶粉的重量比为1：1～99.99：0.01，硅胶配件中发光材料的重量百分含量为1～90%。

进一步地，上述硅胶与硅胶粉的重量比为9：1～9.7：0.3。

进一步地，上述硅胶配件中发光材料的重量百分含量为5～20%。

进一步地，上述厚度为1mm的硅胶配件的光透过率在90%以上。

进一步地，上述发光材料包括粒径为1nm～100nm之间的量子点材料。

进一步地，上述量子点材料包括量子点，量子点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、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，上述量子点材料还包括量子点配体，量子点与量子点配体的重量比为1：0.001～1：1，量子点配体为选自R₁-(CH2)n₁-R₂、R₁-(CH₂CH₂O)n₂-R₂和

组成的组中的一种，其中，R₁为SH、NH₂或COOH，n1=1～20；R₂为H、OH、SH、NH₂、COOH、OCH₃或COOCH₃，n2=1～50；R₃为COOH、COOCH₃或CO-(OCH₂CH₂)n₄-OH，n3=1～10，n4=1～50。

进一步地，上述发光材料还包括黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉组成的组中的一种或多种。

进一步地，上述荧光粉为黄色荧光粉，黄色荧光粉和量子点的重量比为1～1.5：1。

进一步地，上述硅胶配件还包括位于硅胶配件外表面的聚碳酸酯透镜套。

根据本发明的另一方面，提供了一种硅胶配件的制备方法，制备方法包括以下步骤：1）、将硅胶和与上述硅胶的折射率相差在3.5%以内的的硅胶粉混合，得到硅胶粉的重量含量为0.01～50%的改性硅胶；2）、将改性硅胶和发光材料混合，得到发光材料的重量含量为1～90%的混胶；以及3）、将混胶成型，得到硅胶配件。

进一步地，上述步骤3）中通过注塑成型或丝网印刷得到硅胶配件，注塑成型包括以下步骤：A、将混胶抽真空2～5min，得到真空混胶；B、将真空混胶注入模具中，并在80～200℃下压铸后固化得到硅胶配件。

进一步地，上述制备方法还包括聚碳酸酯透镜套的制备过程，制备过程包括将聚碳酸酯材料放置在金属模具中，然后将具有聚碳酸酯材料的金属模具在80～110℃压铸后固化形成聚碳酸酯透镜套。

根据本发明的又一方面，提供了一种LED灯具，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；LED灯具还包括远程荧光壳体，远程荧光壳体为上述的硅胶配件，硅胶配件的一端具有开口，且开口端固定在LED基板上，封装体设置在LED基板上由硅胶配件的开口端围成的区域内，且与硅胶配件的内壁之间具有间隙。

本发明的硅胶粉主要作用是改善硅胶的粘度，由于硅胶与硅胶粉的折射率相差在3.5%以内，当光透过时硅胶粉的用量的多少对光的透过率以及路径影响都较小；对于色温不同的硅胶配件，发光材料用量的改变所引起的粘度的变化可以通过改变硅胶粉的用量加以调节，从而不会影响硅胶的成型。由于采用了硅胶粉，可以有效控制发光材料的厚度以及硅胶的用量，简化了现有技术中硅胶配件的制作对模具的依赖，节约了生产成本。

附图说明

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1示出了根据本发明一种实施例中的LED灯具的结构示意图；

图2示出了根据本发明另一种实施例中的LED灯具的结构示意图；

图3示出了根据本发明的对比例1～3和实施例1～3的光谱测试结果；

图4示出了根据本发明的对比例1、实施例1、实施例5、实施例7和实施例10的光谱测试结果；以及

图5示出了根据本发明的对比例1、实施例1、实施例4、实施例4、实施例8和实施例9的光谱测试结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种硅胶配件，硅胶配件包括硅胶、与硅胶的折射率相差在0.5%以内的硅胶粉以及发光材料，硅胶配件中硅胶与硅胶粉的重量比为1：1～99.99：0.01，硅胶配件中发光材料的重量百分含量为1～90%。

在本发明一种优选的实施例中，硅胶与硅胶粉的重量比为9：1～9.7：0.3。当硅胶配件中的硅胶与硅胶粉的重量比控制在9：1～9.7：0.3之间时，光透过该硅胶配件的损失较小，而且能保证硅胶成型时所需的粘度。

在本发明一种优选的实施例中，硅胶配件中发光材料的重量百分含量为5～20%。

为了不影响采用本发明的量子点材料作为LED发光器件的发光材料时对LED发光器件的出光效果产生不利影响，优选厚度为1mm的硅胶配件的光透过率在90%以上。

量子点材料的粒径不同，其发光波长也会有所变化进而导致具有其的LED发光器件的发光颜色也会有所变化，本领域技术人员可以根据所需要的发光颜色选择不同的粒径大小的量子点材料，本发明优选发光材料包括粒径为1nm～100nm之间的量子点材料。

在本发明的又一种优选的实施例中，上述量子点材料包括量子点，上述量子点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、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。

上述核壳结构的量子点，核心为具有高发光效率的半导体物质（如CdSe、CdTe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的光化学稳定性。

在本发明的又一种优选的实施例中，上述量子点材料还包括量子点配体，量子点与量子点配体的重量比为1：0.001～1：1，所述量子点配体为选自R₁-(CH₂)n1-R₂、R₁-(CH₂CH₂O)n₂-R₂和

组成的组中的一种，其中，R₁为SH、NH₂或COOH，n1=1～20；R₂为H、OH、SH、NH₂、COOH、OCH₃或COOCH₃，n2=1～50；R₃为COOH、COOCH₃或CO-(OCH₂CH₂)n₄–OH，n3=1～10，n4=1～50。量子点通过配体与硅胶形成配位键，均匀的分散到硅胶中，提高了量子点与胶黏剂的相容性和稳定性。

应用于本发明的发光材料包括黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉组成的组中的一种或多种。由于硅胶粉的添加，使得硅胶、硅胶粉以及荧光粉所组成的混合物的粘度易于调节，因此可用于本发明的荧光粉的选择也较多，而且不同的荧光粉组合可以得到不同颜色的光，扩大了本发明的硅胶配件的应用范围。

本发明的发光材料除了单独选用上述黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉中的一种或多种外还可以与量子点材料配合使用，即发光材料还包括量子点材料。使用了含有量子点材料的硅胶配件，可达到更高的光效和连续性的光谱。

比如发光波长在600～635nm的发红光的量子点，与蓝色芯片发出的蓝光以及黄色光一起构成连续的可见光光谱，到具有高显色性低色温的高品质的白光。

在本发明一种优选的实施例中，荧光粉为黄色荧光粉，且黄色荧光粉与量子点的重量比为1～1.5：1。黄色荧光粉和量子点以1～1.5:1的重量比组合时，改善了黄色荧光粉的光通量，使得含有黄色荧光粉的硅胶配件的适应性更广。

为了保护本发明的硅胶配件避免其中的荧光粉或量子点受到污染，优选硅胶配件还包括位于硅胶配件外表面的聚碳酸酯透镜套。

在本发明的另一种典型的实施方式中，还提供了一种硅胶配件的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1）、将硅胶和与硅胶的折射率相差在3.5%以内的硅胶粉混合，得到硅胶粉的重量含量为0.01～50%的改性硅胶；2）、将改性硅胶和发光材料混合，得到发光材料的重量含量为1～90%的混胶；以及3）、将混胶成型，得到硅胶配件。

硅胶与硅胶粉混合后再与发光材料进行混合得到的混胶的均匀性较好，本领域技术人员在采用本发明的原料制备硅胶配件时，也可以采用不同的混合顺序，通过延长混合时间或加强混合力度也能实现较好的混合效果。为了避免外界环境对原料的影响并取得较好的混合效果，混合过程可以在混胶专用机中进行。

在本发明一种优选的实施例中，步骤S3的成型技术为注塑成型或丝网印刷，注塑成型包括以下步骤：A、将混胶抽真空2～5min，得到真空混胶；B、将真空混胶注入模具中，并在80～200℃下压铸后固化得到硅胶配件。采用硅胶粉改善混胶的粘度，根据所需硅胶配件的形状或实际的生产条件，可以选择采用注塑成型或丝网印刷，两种成型方法均可以得到理想的硅胶配件。

在本发明另一种优选的实施例中，上述制备方法还包括聚碳酸酯透镜套的制备过程，该制备过程包括将聚碳酸酯材料放置在金属模具中，然后将具有聚碳酸酯材料的金属模具在80～110℃压铸后固化形成聚碳酸酯透镜套。根据实际需要选择相应形状的金属模具，如方形、梯形体、圆柱形、圆台形和圆锥形；而且，聚碳酸酯的成型、固化技术也较为成熟，因此得到的聚碳酸酯透镜套的形状的规则性以及透光性能均能很好地满足使用要求。

在本发明的又一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，还提供了一种LED灯具，包括一个或多个封装体、LED基板6和远程荧光壳体5，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1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1的一侧固定在LED基板6上；上述LED灯具还包括远程荧光壳体5，远程荧光壳体5为上述的硅胶配件，该硅胶配件的一端具有开口，且开口端固定在LED基板6上，封装体设置在LED基板6上由硅胶配件的开口端围成的区域内，且与硅胶配件的内壁之间具有间隙。

具有上述结构的LED灯具，LED芯片1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，在封装壳体2的外壳上设置远程荧光壳体，并且采用本发明的硅胶配件作为LED的远程荧光壳体时，硅胶配件的光透过率较高，路径改变较小，光损失较小，有效改善了LED灯具的光均匀性。同时，远程荧光壳体5作为一个单独的配件与LED芯片1相互隔离地安装在LED基板6上，形成了LED芯片1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1时由于激发时产生的热量难以散发导致LED灯具的使用寿命短和发光效率低的问题。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明采用本发明的有益效果。

实施例

按表1中的数据称取硅胶粉、硅胶、量子点、量子点配体和荧光粉制备硅胶配件，按照首先将硅胶粉和硅胶混合形成改性硅胶后在与发光材料混合形成混胶，其中，实施例7和实施例10中的量子点为发光波长为630nm的CdSe/ZnS，与CdSe/ZnS相配合的量子点配体为SH-(CH₂)₈-COOH，实施例5中的量子点为发光波长为600nm的InP，与InP相配合的量子点配体为NH₂-(CH₂CH₂O)₃-COOCH₃

按照表1中相应的成型方法成型得到实施例1至10的硅胶配件；并且将聚碳酸酯材料放置在金属模具中，然后在100℃压铸后固化形成半球形的聚碳酸酯透镜套。

将实施例1至10的硅胶配件与LED封装体按照如图2所示的LED灯具结构组合形成实施例1至10的LED灯具，并对实施例1至10的LED灯具进行光学性能测试，测试结果见表3、附图3至5。同时比较在实施例7和实施例8的硅胶配件外侧罩设聚碳酸酯透镜套前后的光学性能。

对比例

按照表1中的数据称取硅胶、黄色荧光粉和TiO₂的质量，混合后按照表1中相应的成型方法制备对比例1至3的硅胶配件，将对比例1～3的硅胶配件与LED封装体按照如图2所示的LED灯具结构组合形成对比例1至3的LED灯具，并对对比例1至3的LED灯具进行光学性能测试，测试结果见表3和附图3至5。

表1

表2

	光通量(lm)	光功率(mW)	色温(K)	显色指数	功率（W）	光效（lm/W）
							对比例1	488.3	1257	4516	62.6	7.1	68.8
对比例2	232	518.1	3407	30.7	7.1	32.7
							对比例3	357.6	790.1	3583	33.1	7.1	50.4
实施例1	493.6	1289	4587	62.7	7.1	69.5
							实施例2	475.5	1228	4626	63.7	7.1	67
实施例3	450.4	1164	4684	64.2	7.1	63.4
							实施例4	426	1308	3136	81	6.7	63.6
实施例5	392.4	1089	2680	84.6	6.7	58.5
							实施例6	425.5	1168	3008	85	6.7	63.5
实施例7	418.3	1157	2900	82	6.7	62.4
							实施例8	417.6	1165	3100	82.3	6.7	62.3
实施例9	968.7	2998	3010	82.9	18	60.5
							实施例10	1039	3013	3080	82.2	18	64.9

由表1的配比数据和表2的测试数据可以看出，对比例1至3中少量二氧化钛的添加就极大地改变了光学配件样品的光学性能；而从实施例1至3中可以看出，硅胶粉的添加量在一个较为宽泛的范围变化时，光学性能基本不变，因此当对于不同色温需求荧光粉或者量子点的用量改变而导致硅胶粘度变化时，可以用硅胶粉进行较好的调节，并且硅胶粉的添加可以在较大范围内调整硅胶分散体的粘度，便于硅胶配件成型，极大拓展了工艺的适用范围，保证了产品的均一稳定性，并且拓宽了硅胶配件的可加工范围和应用范围。

从实施例4～8可以看出，应用本发明的技术方案，可以获得质量较高的光学效果，拥有低的色温和高的显色指数，并且光谱也更有连续性。对实施例7至8的硅胶配件的光学性能与外侧罩设聚碳酸酯透镜套前的光学性能几乎没有差别。同时实施例9和10中利用丝网印刷的方式结合硅胶粉优化后的工艺制备出具有较好表观和光学性能的样品，并且可以运用到18W的灯具中还保持在3000K色温和高过80的显色指数。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种硅胶配件，其特征在于，所述硅胶配件包括硅胶、与所述硅胶的折射率相差在3.5%以内的硅胶粉以及发光材料，所述硅胶配件中所述硅胶与所述硅胶粉的重量比为1：1～99.99：0.01，所述硅胶配件中所述发光材料的重量百分含量为1～90%。

2.根据权利要求1所述的硅胶配件，其特征在于，所述硅胶与所述硅胶粉的重量比为9：1～9.7：0.3。

3.根据权利要求2所述的硅胶配件，其特征在于，所述硅胶配件中所述发光材料的重量百分含量为5～20%。

4.根据权利要求1所述的硅胶配件，其特征在于，厚度为1mm的所述硅胶配件的光透过率在90%以上。

5.根据权利要求1所述的硅胶配件，其特征在于，所述发光材料包括粒径为1nm～100nm之间的量子点材料。

6.根据权利要求5所述的硅胶配件，其特征在于，所述量子点材料包括量子点，所述量子点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。

7.根据权利要求6所述的硅胶配件，其特征在于，所述量子点材料还包括量子点配体，所述量子点与所述量子点配体的重量比为1：0.001～1：1，所述量子点配体为选自R₁-(CH₂)n₁-R₂、R₁-(CH₂CH₂O)n₂-R₂和组成的组中的一种，其中，

R₁为SH、NH₂或COOH，n₁=1～20；

R₂为H、OH、SH、NH₂、COOH、OCH₃或COOCH₃，n₂=1～50；

R₃为COOH、COOCH₃或CO-(OCH₂CH₂)_n4-OH，n3=1～10，n₄=1～50。

8.根据权利要求6所述的硅胶配件，其特征在于，所述发光材料还包括黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉组成的组中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的硅胶配件，其特征在于，所述荧光粉为黄色荧光粉，所述黄色荧光粉和量子点的重量比为1～1.5：1。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的硅胶配件，其特征在于，所述硅胶配件还包括位于所述硅胶配件外表面的聚碳酸酯透镜套。

11.一种硅胶配件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1）、将硅胶和与所述硅胶的折射率相差在3.5%以内的硅胶粉混合，得到硅胶粉的重量含量为0.01～50%的改性硅胶；

2）、将所述改性硅胶和发光材料混合，得到所述发光材料的重量含量为1～90%的混胶；以及

3）、将所述混胶成型，得到硅胶配件。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中通过注塑成型或丝网印刷得到所述硅胶配件，所述注塑成型包括以下步骤：

A、将所述混胶抽真空2～5min，得到真空混胶；

B、将所述真空混胶注入模具中，并在80～200℃下压铸后固化得到所述硅胶配件。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括聚碳酸酯透镜套的制备过程，所述制备过程包括将聚碳酸酯材料放置在金属模具中，然后将具有所述聚碳酸酯材料的金属模具在80～110℃压铸后固化形成聚碳酸酯透镜套。

14.一种LED灯具，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（1）的一侧固定在所述LED基板（6）上；

其特征在于，所述LED灯具还包括远程荧光壳体（5），所述远程荧光壳体（5）为权利要求1至10中任一项所述的硅胶配件，所述硅胶配件的一端具有开口，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）上由所述硅胶配件的开口端围成的区域内，且与所述硅胶配件的内壁之间具有间隙。