CN105423161A - 一种点光源及其透镜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种点光源及其透镜的制备方法，包括LED灯珠和改变所述LED灯珠发出的光线的汇聚特性的透镜；所述透镜中还包括碳量子点材料，所述碳量子点材料的分布位置邻近于所述透镜的出光面。这种新型的碳量子点透镜，由于碳量子点层设置在透镜表面处，相比量子点在底部的透镜，量子点表面积更大，有更多的光线穿过透镜来激发表面量子点，点光源的发光效率更高，大大减少量子点用量，降低了生产成本和使用成本。

Description

一种点光源及其透镜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种点光源，尤其是涉及一种使用碳量子点的点光源及其透镜的制备方法。
背景技术
金属量子点（QuantumDot）是一种把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，往往含有Cd、Pb等重金属元素，容易对环境造成污染，而且制造成本高。人们发明了奇妙的碳量子点，它虽然不是半导体，但是具有非常好的光致发光特性。在显示器的背光源中，一般使用点光源发光，点光源发出的光线经过扩散、匀光、增亮等措施来获得亮度均匀的面光源。
本发明公开了一种使用碳量子点透镜的点光源，比传统的金属量子点材料制备的点光源，降低了生产成本，提高了光效，并避免了重金属元素对环境污染。
发明内容
基于此，有必要提供一种使用碳量子点材料的点光源及其透镜的制备方法。
本发明公开的一种点光源，包括LED灯珠和改变所述LED灯珠发出的光线的汇聚特性的透镜；所述透镜中还包括碳量子点材料，所述碳量子点材料的分布位置邻近于所述透镜的出光面。
在本发明的实施例中，所述碳量子点材料的位置距离所述透镜的出光面的表面1至3毫米。
所述碳量子点材料的厚度为10至30微米。
所述透镜远离出光面的底部分布有光扩散结构。
本发明还公开了一种点光源的透镜的制备方法，包括如下步骤：
第一步，在无氧化气氛中，将透镜原料加热升温至软化点，使用模具对透镜原料施压成型；
第二步，保持所施压力，自然冷却降温至透镜原料的软化点以下，脱模得到透镜毛坯；
第三步，使用喷涂或印刷工艺在上述透镜毛坯的表面布置一层碳量子点材料，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点，保温30分钟时间；
第四步，保持所施压力，自然冷却，得到有碳量子点激发层的透镜。
在实施例中，点光源的透镜的制备方法，所述第三步包括：在所述透镜毛坯上覆盖基质材料相同的碳量子点薄膜，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点并保温。
或者，所述第三步包括：在所述透镜毛坯上覆盖基质材料相同的碳量子点薄膜，以及纯基质材料薄膜，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点并保温。
本发明公开了一种使用碳量子点的点光源，与传统的金属量子点材料制备的点光源相比，避免了重金属元素对环境的污染。这种新型的碳量子点透镜，通过合理设计提高LED模组的整体发光效率，大大减少量子点用量，降低生产成本和使用成本。并且由于碳量子点层设置在透镜表面处，相比量子点在底部的透镜，量子点表面积更大，有更多的光线穿过透镜来激发表面量子点，光源的发光效率更高。
附图说明
图1为本发明的碳量子点的点光源生产工艺流程图。
图2为本发明一实施例的具有碳量子点透镜的点光源的结构示意图。
图3为传统的量子点透镜点光源结构示意图。
图4为另一种传统的量子点透镜点光源结构示意图。
图5为点光源透镜底部的光扩散结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合附图对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
量子点作为一种纳米材料，其独立个体由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级，具有激发效率高，光稳定性好的特点。而且激发光谱宽可以用LED光源激发，非常适合用在LED背光源替代传统稀土荧光粉材料，使得液晶显示设备能够提供更高亮度，更大色域。
碳量子点是一类由碳、氢、氧、氮等元素组成，以杂化碳为主的、表面带有大量含氧基团的纳米材料，其准球型的碳纳米粒子的颗粒尺寸小于10nm。具有高的激发效率，良好的热学和化学稳定性，相对于金属量子点而言，碳量子点无毒，对环境的危害小，制造成本也更低。
如图2所示为本发明一实施方式的具有碳量子点透镜的点光源，包括具有均匀发光的出光面的透镜10和LED灯珠15，在透镜10的出光面的表面上均匀分布有碳量子点激发层11；在透镜10上远离出光面的底部有图形化网点13。LED灯珠15发出的光线穿过透镜10到达出光面，激发出光面表面的碳量子点激发层11发出荧光，碳量子点11的荧光从出光面上均匀的发散；LED灯珠15发出的光线到达位于透镜10的远离出光面的底部的图形化网点13，能够被反射向出光面。
如图2所示的透镜10的发光面的表层碳量子点激发层11设置成一层红绿碳量子点，厚度为10微米至30微米，该碳量子点激发层距透镜表面1毫米-3毫米，并且碳量子点11在透镜表面的分布跟随表面曲率的变化，覆盖整个透镜发光面且厚度均匀。
碳量子点激发层11的基质与透镜10采用同一种材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯（PC）等热塑性塑料，以及有机硅或光学玻璃等，避免了出光路径上因介质不同带来的影响。
如图3所示为传统的量子点透镜点光源的结构示意图，包括透镜20；量子点21；LED灯珠25；其中的量子点21分布充满整个透镜20。
相比较而言，图2所示的本发明的实施例中碳量子点用量减少1/20-1/100，且其中碳量子点激发层11距离出光面的表面还有1mm-3mm厚度，透镜10使用的材质能保护碳量子点不容易出现氧化失效。
如图4所示为另一种传统的量子点透镜点光源的结构示意图，包括透镜30；量子点31；LED灯珠35；其中的量子点31分布在透镜30中远离出光面的底部。
相比较而言，图2所示的本发明的实施例中碳量子点激发层11由于分布的面积更大从而保证有更多的来自LED的光线穿过透镜到达碳量子点激发层11，效率更高。
如图5所示是图2中透镜底部的图形化网点13的结构示意图，可以是圆锥形、半球形或四角锥形的图形化网点，能够把来自LED灯珠的光的全反射向出光面，增加光线在透镜表面的反射折射次数，提高碳量子点激发效率，并提高整个透镜光取出效率。与底面没有图形化网点的透镜做对比，出光率增加了3%-10%，且出光更加均匀。
如图4、图2和图3所示的点光源的透镜，其结构为一种顶部洼陷的球体的一部分，并在透镜的底部有容纳LED灯珠的空腔。该透镜的结构也可以是其他能够满足下游产品的需求的形状。
本发明的点光源的制备可以最大限度利用现有的透镜生产设备和模具，如图1所示为本发明的碳量子点的点光源的生产工艺流程图，包括如下步骤：
第一步，在无氧化气氛的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至原料的软化点附近，在透镜原料和模具大致处于相同温度条件下，利用模具对原料施压成型。
第二步，在保持所施压力的状态下冷却模具，使其温度降至原料的软化点以下，得到初步的透镜毛胚。
第三步，使用喷涂或印刷工艺在上述透镜毛坯的表面布置一层厚度10um-30um且事先调配好的碳量子点溶液。然后将同材料的薄膜覆盖在透镜毛坯上和二次模具一起加热升温至原料的软化点附近并保温一段时间，把碳量子点均匀封闭在透镜内部邻近出光面的表层，以达到最优的光效和最大化生产效率。
第四步，最后在保持所施压力的状态下冷却，使其温度降至原料的软化点以下，得到碳量子点透镜。
在另一个实施例中，点光源生产工艺流程，包括如下步骤：
得到初透镜毛胚的步骤和第四步都同上一个实施例。
第三步，使用喷涂或印刷工艺在上述透镜毛坯的表面布置一层厚度10um-30um且事先调配好的碳量子点溶液。然后将透镜和二次模具一起加热升温至原料的软化点附近并保温一段时间，使碳量子点充分渗透到透镜内部，通过调整保温时间调节碳量子点层进入透镜内部的深度，以达到最优的光效和最大化生产效率。
上述2个实施例通过两次加温加压工艺保证透镜表面有很高的精度，得到的量子点激发层厚度均匀分布合理，底部图形化网点无缺陷。与其他方法相比，量子点用量少，出光效率高，成本低廉，很好解决了现有重金属量子点对环境污染的问题，符合欧盟RoHS指令。
在另一个实施例中，包括如下步骤：
得到初透镜毛胚的步骤和第四步都同第一个实施例。
第三步，在上述透镜毛坯的表面覆盖一层厚度10um-30um且事先调配制备的碳量子点薄膜，和二次模具一起加热升温至原料的软化点附近并保温一段时间，把碳量子点均匀封闭在透镜内部邻近出光面的表层，以达到最优的光效和最大化生产效率。
在另一个实施例中，第三步中为了达到所需要的厚度，在透镜毛坯上覆盖多于1层的碳量子点薄膜和多于1层的同材料的薄膜，然后和二次模具一起加压加热升温至原料的软化点并保温。
碳量子点薄膜的制备，是把碳量子点与热塑材料基质混合后制成。例如将碳量子点与PMMA在有机溶剂中混合，或者将碳量子点与聚醋酸乙烯酯（PVA）在水溶液中复合，然后蒸发溶剂制得碳量子点薄膜。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种点光源，包括LED灯珠和改变所述LED灯珠发出的光线的汇聚特性的透镜；其特征在于，所述透镜中还包括碳量子点材料，所述碳量子点材料的分布位置邻近于所述透镜的出光面。
2.根据权利要求1所述的点光源，其特征在于，所述碳量子点材料的位置距离所述透镜的出光面的表面1至3毫米。
3.根据权利要求1所述的点光源，其特征在于，所述碳量子点材料的厚度为10至30微米。
4.根据权利要求1所述的点光源，其特征在于，所述透镜远离所述出光面的底部分布有光扩散结构。
5.一种点光源的透镜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，在无氧化气氛中，将透镜原料加热升温至软化点，使用模具对透镜原料施压成型；
第二步，保持所施压力，自然冷却降温至透镜原料的软化点以下，脱模得到透镜毛坯；
第三步，使用喷涂或印刷工艺在上述透镜毛坯的表面布置一层碳量子点材料，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点，保温30分钟时间；
第四步，保持所施压力，自然冷却，得到有碳量子点激发层的透镜。
6.根据权利要求5所述的点光源的透镜的制备方法，其特征在于，所述第三步包括：在所述透镜毛坯上覆盖基质材料相同的碳量子点薄膜，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点并保温。
7.根据权利要求5所述的点光源的透镜的制备方法，其特征在于，所述第三步包括：在所述透镜毛坯上覆盖基质材料相同的碳量子点薄膜，以及纯基质材料薄膜，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点并保温。
8.根据权利要求7所述的点光源的透镜的制备方法，其特征在于，所述碳量子点薄膜有1层以上，所述纯基质材料薄膜有1层以上。
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