CN104681689A - 光学器件及其制造方法和包括光学器件的发光装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光学器件及其制造方法和包括所述光学器件的发光装置。所述光学器件包括膜片、与膜片接合的荧光材料层和与荧光材料层接合的透镜层，其中荧光材料层位于膜片与透镜层之间，以及透镜层的接触荧光材料层的接合面用作出光面，使得外部入射的光（例如LED发出的蓝光）透过所述透镜层后激发所述荧光材料层中的荧光材料，产生具有期望的光学效果的光线。通过把IMD工艺应用于LED的非接触式封装，减少了荧光材料的用量，降低了成本；同时荧光材料远离发光器件，避免其受到发光器件发热的影响，延长了其使用寿命。

Description

光学器件及其制造方法和包括光学器件的发光装置

技术领域

本公开涉及光学照明领域，尤其涉及一种运用模内装饰技术（IMD,In-Mold Decoration）的光学器件及其制造方法和包括所述光学器件的发光装置。

背景技术

目前，主流的白光LED装置由LED蓝光芯片发出的蓝光激发黄色荧光粉产生白光。传统的封装方案将黄色的荧光粉按照一定的比例混合到硅胶中后点胶到蓝色芯片上，经过加热使硅胶固化，即可制成LED装置。但是，这种方案所形成的LED装置，荧光粉与芯片直接接触，而众所周知LED芯片在工作过程中会产生大量的热，因此工作时荧光粉周围的温度会迅速升高，导致荧光粉在高温的环境下会加速老化。根据实验数据得知，在100℃的恒温下，荧光粉亮度衰减2%；在200℃的恒温下，荧光粉亮度衰减达到20%。另外，荧光粉的色坐标也会因工作环境温度的过高而发生偏移，最终影响LED装置的发光效率、发光颜色和使用寿命。

为解决传统制备工艺中LED荧光粉易老化的问题，一种解决方法是，在制作过程中将荧光粉与芯片分离，使其不会因温度的升高而产生太大变化，从而减缓荧光粉老化的速度，提高LED装置的发光效果和使用寿命。例如，一种技术方案是将荧光粉混合到塑料母粒里，通过注塑成型形成透镜。另一种技术方案是将荧光粉通过喷涂或丝印等工艺涂覆到灯罩的内表面或外表面上。这几种方案虽然工艺简单，但是，对于前者，荧光粉用量较大，同时有可能混合不均匀，造成注塑色差而影响发光效果。而后者由于是涂覆工艺，其表面附着度很难控制，容易划伤，影响出光效果。

因此，期望提供一种LED装置,能够更好地避免LED装置的光学性能受到芯片发热的影响。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

鉴于以上内容，本公开提供一种光学器件及其制造方法和包括所述光学器件的发光装置，通过将荧光粉与芯片分离布置，能够避免芯片的发热影响发光装置的光学性能，同时能够降低成本及提高可靠性。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

本公开的第一方面提供了一种光学器件，其包括膜片、与膜片接合的荧光材料层和与荧光材料层接合的透镜层，其中荧光材料层位于膜片和透镜层之间，以及透镜层的接触荧光材料层的接合面用作出光面，使得外部入射的光透过所述透镜层后激发所述荧光材料层中的荧光材料，产生具有期望的光学效果的光线。

例如，所述荧光材料层通过涂覆或印刷方法形成于所述膜片上,其厚度为0.1-3000微米。

例如，所述光学器件用于LED装置。

例如，所述荧光材料层包括黄色荧光粉、红绿色荧光粉和红绿蓝色荧光粉中的一种。

例如，所述透镜层包括玻璃、陶瓷或树脂材料。

例如，所述光学器件通过模内装饰工艺形成为一体结构。

本公开的第二方面提供了一种光学器件的制造方法，所述光学器件包括膜片、透镜层和位于所述膜片与所述透镜层之间的荧光材料层，所述制造方法包括：在膜片上形成荧光材料层，以获得第一结构;和形成与第一结构接合的透镜层。

例如，透镜层的形成包括：把第一结构放置在模具中，并且把用于形成透镜层的透明光学材料注入所述模具中，以便形成一体化的所述光学器件。

例如，第一结构的获得包括：在膜片上涂覆包含荧光材料的混合物，以形成所述荧光材料层。

进一步，第一结构的获得可以包括：在形成荧光材料层后对所得结构进行成型和切割，以获得多个所述第一结构。

例如，所述透明光学材料包括玻璃、陶瓷或树脂材料。

本公开的第三方面提供了一种发光装置，其包括：基板；设置在所述基板上的发光器件；和多个上述任一项所述的光学器件或通过上述任一项制造方法所制作的光学器件，其设置在所述多个发光器件的上方且与之相对应。

本公开实施例提供的光学器件和发光装置，通过把IMD工艺应用于LED的非接触式封装工艺，减少了荧光粉的用量，降低了成本；同时荧光粉远离LED芯片，延长了使用寿命。此外，荧光粉表面有保护薄膜，提高了稳定性、耐候性和可靠性。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为本公开实施例的一种光学器件的剖面结构示意图；

图2a-5为本公开实施例的一种光学器件的制造方法的各阶段的示意图；以及

图6是本公开实施例的一种发光装置的分解透视图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

本公开将IMD技术应用于光学器件的封装工艺，通过注塑成型来形成光学透镜。采用所述方案后，荧光粉用量少，降低了成本。另外,荧光粉表面有保护薄膜，可保证光学器件具有良好的耐磨性和耐腐蚀特性,提高了其稳定性。

IMD是模内装饰技术的简称，可细分为IML、IMF和IMR。其中IML(In-Mold Labelling)为模内贴标签。标签表面是一层硬化的透明薄膜，中间是印刷图案层，通过注塑制造工艺，标签背面与塑胶结合,印刷图案层油墨夹在中间，以防止产品表面被刮花，并可长期保持颜色的鲜明不易退色。制造工艺中，标签无拉伸，曲面小，主要用于2D产品。IMF(In-Mold Forming)为模内成型，其原理与IML相同。IMF工艺是先将油墨印刷在一层厚度约0.05-0.5mm的薄膜上(材质为PC或PET)，印刷后的薄膜经过冲切、高压成型得到裁切好的标签,然后把标签放入注射机中，通过模具定位机构定位之后，在模内与塑胶粒子一同成型。在制造工艺中，标签高度拉伸，适用于3D产品。而IMR(In-Mold Roller/Reprint)为模内转印,区别之处在于最终的产品表面没有一层透明的保护膜。

具体来说,本公开实施例用荧光粉取代原来的油墨，将荧光粉印刷或喷涂在膜片上，经过高压成型、冲切之后得到具有某种特定形状的复合膜片；然后将复合膜片放入注塑机中，通过模具定位机构定位之后，与模具内注入的透明光学材料一体成型为最终的光学器件。

本公开提供的光学器件包括膜片、与膜片接合的荧光材料层和与荧光材料层接合的透镜层，其中荧光材料层位于膜片与透镜层之间，以及透镜层的接触荧光材料层的接合面用作出光面，使得外部入射的光透过所述透镜层后激发所述荧光材料层中的荧光材料，产生具有期望的光学效果的光线。期望的光学效果例如是指由蓝光芯片发出的蓝光通过透镜层进行光线的二次分配，二次分配后蓝光透过黄色荧光粉层转变成白光。

例如，荧光材料层的厚度为0.1-3000微米。

所述光学器件例如是用于LED装置的光学部件。

本公开提供的光学器件的制造方法包括:在膜片上形成荧光材料层，以得到第一结构;和形成与第一结构接合的透镜层，使得所述荧光材料层位于所述膜片与所述透镜层之间。

例如，透镜层的形成包括：把第一结构放置在模具中，并且把用于形成透镜层的透明光学材料注入所述模具中，以便形成一体化的所述光学器件。

例如，第一结构的获得包括：在膜片上涂覆包含荧光材料的混合物并加热，以形成所述荧光材料层。

进一步，第一结构的获得可以包括：在形成荧光材料层后对所得结构进行成型和切割，以获得多个所述第一结构。

例如，透镜层的形成包括：把各第一结构分别放置在模具中，并且把用于形成透镜层的透明光学材料注入所述模具中，以便形成一体化的多个所述光学器件。

例如，所述透明光学材料包括玻璃、陶瓷或树脂材料。

例如，所述树脂材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、硅胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二酯和聚碳酸酯中的一种或其组合。

本公开提供的光学装置包括：基板；设置在所述基板上的多个发光器件；以及多个上述任一项所述的光学器件或通过上述任一项制造方法所制作的光学器件，其设置在所述多个发光器件的上方且与之相对应。

下面结合附图，对本公开实施例提供的技术方案进行详细描述。

图1为本公开一个实施例的光学器件1的剖面结构示意图。如图1所示,所述光学器件1包括膜片11、与膜片11接合的荧光材料层12和与荧光材料层12接合的透镜层13，其中荧光材料层12位于透镜层13与膜片11之间，以及透镜层13的接触荧光材料层12的接合面用作出光面14。从外部入射到光学器件1中的光穿过透镜层13，从出光面14射出后激发荧光材料层12中的荧光材料，产生具有期望的光学效果的光线。入射光可以是来自LED装置（例如图6中的蓝光LED芯片62）的光线，荧光材料层12可以包括黄色荧光粉，从而产生白光。膜片11起到荧光材料的保护层和载体的作用,可以保证光学器件的表面具有良好的耐磨性和耐化学腐蚀特性。

所述光学器件1例如是用于LED装置的光学部件，但本公开不限于此，它也可以用于形成其它光学装置。

透镜层13起到二次光分配的作用。在一个实施例中，透镜层13中包括荧光粉、反光粒子和/或光扩散粒子，以使光强分布更加均匀和提高发光效率。

图2a-5为图1所示的光学器件的一种制造方法的流程示意图，其中图2a和2b分别是印刷荧光材料层后的俯视图和剖视图,图3a和3b分别是执行冲切工艺后的俯视图和剖视图,图4a和4b分别是复合膜片置入注塑成型机前后的剖视示意图,以及图5是脱模后得到的光学器件的立体图。

参考图2a-5所示，所述光学器件的制备方法详述如下。根据示例实施方式的所述方法采用了模内装饰技术来形成所述光学器件。

首先,如图2a和2b所示,在厚度约0.05-0.5mm的膜片21上印刷或喷涂通过把黄色荧光粉(例如,Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG))与有机溶剂按预定比例混合得到的混合物,膜片21的材料例如是PC、PMMA或PET。例如，经过加热使溶剂挥发,以得到适当厚度的荧光材料层22。

所得结构被置入热压成型机中，在适当的温度和压力条件下被压成预定的形状，例如，与后续的注塑成型所用模具的凹槽底面基本一致的形状。然后，经过冲切，结构被分割成多个复合膜片3,如图3a和3b所示。在其他的实施例中,可以采用高压成型或真空成型方法来执行成型工艺,以及可以采用3D冲切方法来进行切割。

接下来，把各复合膜片3分别放入注射机中，通过模具定位机构定位之后，在模内与塑胶粒子一同成型。

如图4b所示,复合膜片3被置入定模41的凹槽中,且与凹槽底面贴合，使得复合膜片3的膜片21接触所述底面。在动模42与定模41结合后形成一密闭的空间,诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的透明树脂材料（未示出）通过浇口沿图中的箭头方向被注入所述空间中,通过固化树脂形成透镜层43，使复合膜片3与透镜层43成形为一体。

在其它实施例中,成形用的透明树脂材料可以是聚苯乙烯（PS）、硅胶、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物（MS）、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚碳酸酯（PC）等热塑性树脂中的一种或其组合，或者，也可以是诸如烯丙基二甘醇碳酸酯（ADC）、丙烯酸树酯等热固性树脂中的一种或其组合。在其它实施例中，也可以采用玻璃（如石英等）、陶瓷（如氧化铝、镁铝尖晶石或氮氧化铝等）或其它透明光学材料来形成透镜层。

如图所示，透镜层43与复合膜片3的荧光材料层22接触的表面形成为曲面，所述曲面优选为圆弧形。在其它实施例中，所述表面可以形成为方形、平板形或其它合适的形状。

本实施例中，所述表面作为出光面，使得外部入射的光从该出光面射出后激发所述荧光材料层12中的荧光材料，产生具有期望的光学效果的光线。

最后,进行脱模,得到最终的光学器件1,图5中示出了光学器件1的立体图。

可选地,在放置复合膜片3之前,可以在凹槽底部先涂敷一层脱模剂,以利于脱模。

应用于本公开的IMD工艺可以是IML、IMF和IMR的任一种，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的IMD工艺。

需要说明的是，尽管以模内装饰工艺为例对本公开的光学器件的制造方法进行了说明，但本公开不以此为限,而是可以采用本领域熟知的其他工艺。

例如,在另一实施例中，可以通过如下步骤形成本公开的光学器件：在诸如PC的膜片上形成荧光材料层，以得到复合膜片；通过注塑成型形成具有预定形状的透镜层；以及把复合膜片粘接到透镜层上，使得荧光材料层接触透镜层。

此外，在又一实施例中，可以先通过注塑成型方法形成预定形状的透镜层，然后在透镜层上涂覆荧光材料层和保护层，所述保护层例如是无机材料的。

图6是本公开实施例的一种发光装置6的分解透视图。如图所示，所述发光装置6包括：基板61；设置在基板61上的多个蓝光LED芯片62；安装到基板61上的支架63；以及安装到支架63上的多个图5所示的光学器件1，使得其位于多个蓝光LED芯片62的上方且与之相对应。

本实施例中，支架63上有多个槽，光学器件1通过粘接或卡扣被固定在槽中。支架63例如通过螺丝被固定到基板61上。

在另一实施例中，光学器件也可以直接安装到基板上，省去了上述支架。

本公开所提供的LED装置中的芯片除了蓝光芯片外，还可以是可发射其它波长光的芯片，例如紫光芯片。本公开所提供的LED装置中的荧光材料除了是黄色荧光粉外，还可以是诸如RG荧光粉或RGB荧光粉的其它颜色的荧光粉。

本公开所提供的发光装置除了LED装置外，还可以是需要把发光器件与荧光材料分开布置的其它光学装置。

与现有技术相比，本公开至少具有以下有益效果之一：

1、荧光粉附着在注塑透镜和透明薄膜之间，荧光粉与LED芯片通过透镜隔离开来，芯片发热对荧光粉没有影响或影响不大。

2、荧光粉附着在注塑透镜和透明薄膜之间，通过特殊处理的所述涂敷薄膜的保护，可保证不会划伤荧光材料层，提高了产品的表面耐磨性与耐化学特性，其稳定性更高。

3、采用平面涂覆工艺形成荧光材料层，可控制涂层的厚度，确保荧光粉的用量最少，成本较低。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应所述理解，本公开不限于所公开的实施方式，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (13)

1.一种光学器件，其包括：

膜片；

与所述膜片接合的荧光材料层；及

与所述荧光材料层接合的透镜层，

其中所述荧光材料层位于所述膜片和所述透镜层之间，以及所述透镜层的接触所述荧光材料层的接合面用作出光面，使得外部入射的光透过所述透镜层后激发所述荧光材料层中的荧光材料，产生具有期望的光学效果的光线。

2.如权利要求1所述的光学器件，其中所述荧光材料层通过涂覆或印刷方法形成于所述膜片上,且所述荧光材料层的厚度为0.1-3000微米。

3.如权利要求1或2所述的光学器件，其中所述光学器件用于LED装置。

4.如权利要求1或2所述的光学器件，其中所述透镜层包括玻璃、陶瓷或树脂材料。

5.如权利要求1或2所述的光学器件，其中所述光学器件通过模内装饰工艺形成为一体结构。

6.一种光学器件的制造方法，所述光学器件包括膜片、透镜层和位于所述膜片与所述透镜层之间的荧光材料层，所述制造方法包括:

在所述膜片上形成所述荧光材料层，以获得第一结构；及

形成与第一结构接合的所述透镜层。

7.如权利要求6所述的制造方法，其中所述透镜层的形成包括：把第一结构放置在模具中，并且把用于形成所述透镜层的透明光学材料注入所述模具中，以便形成一体化的所述光学器件。

8.如权利要求6所述的制造方法，其中第一结构的获得包括：在膜片上涂覆或印刷包含荧光材料的混合物，以形成所述荧光材料层。

9.如权利要求8所述的制造方法，其中第一结构的获得还包括：在形成所述荧光材料层后对所得结构进行成型和切割。

10.如权利要求7或9所述的制造方法，其中所述透明光学材料包括玻璃、陶瓷或树脂材料。

11.如权利要求6-9中任一项所述的制造方法，其中所述荧光材料层的厚度为0.1-3000微米。

12.如权利要求6-9中任一项所述的制造方法，其中所述荧光材料层包括黄色荧光粉、红绿色荧光粉和红绿蓝色荧光粉中的一种。

13.一种发光装置，其包括：

基板；

设置在所述基板上的多个发光器件；以及

多个如权利要求1-5中任一项所述的光学器件，设置在所述多个发光器件的上方且与之相对应。