CN103094461A - 光学波长转换组件、其制备方法及白光发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学波长转换组件、其制备方法及白光发光装置。其中光学波长转换组件，包括树脂基板，且在树脂基板的表面具有含有树脂、荧光粉的混合涂层，其制备过程中树脂粉末与荧光粉粉末的质量比为100:1-20:150，溶剂与粘结剂的质量比为100：1-100：100,荧光粉粉末加树脂粉末混合物的总体积与溶剂加粘结剂混合物的总体积的体积比为1：100-300：100,且树脂的粉末和荧光粉的粉末的粒径在1微米到60微米之间。本发明可以有效解决上述利用传统的LED封装工艺所制造的发光装置中出现的器件光效下降及荧光粉发光特性劣化等问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED发光领域，且特别是有关于一种光学波长转换组件、其制备方法及白光发光装置。
背景技术
白光LED作为新型照明光源，其工作原理是利用蓝光芯片与黄色的荧光粉组合（或其它组合方式）来获得白光。传统的LED封装是将硅胶或树脂与荧光粉混合后直接涂覆在蓝光芯片表面，然而这种封装方式有其固有的缺点。LED器件的散热不畅会导致器件工作温度升高，使得荧光粉的发光波长发生漂移，发光强度下降。另一方面，较大颗粒的荧光粉可以使得光线充分混合，同时也会反射一部分光线进入蓝光芯片，影响了发光器件的光效。
发明内容
本发明目的在于提供一种光学波长转换组件、制造方法及利用包含荧光树脂涂层的树脂基板制造白光LED发光装置，该装置可以有效解决上述利用传统的LED封装工艺所制造的发光装置中出现的器件光效下降及荧光粉发光特性劣化等问题。
为达成上述目的，本发明提出一种光学波长转换组件，其特征在于，包括树脂基板，且在树脂基板的表面具有含有树脂与荧光粉的混合涂层，涂层的制备特征为，将树脂粉末、荧光粉与溶剂及粘结剂混合后涂覆在树脂基板上，经干燥及加热烘烤，溶剂挥发后，树脂粉末软化后包覆荧光粉并相互粘连形成一层树脂涂层，并与树脂基板合为一体；其中树脂基板的材质是PMMA、PMMA合金树脂、聚碳酸酯、PC合金树脂、环氧、丁苯、苯砜树脂、CR-39、MS、NAS、聚氨脂光学树脂、尼龙或PC增强的PMMA或MS树脂；树脂粉末的材质是PMMA、PMMA合金树脂、聚碳酸酯、PC合金树脂、丁苯、苯砜树脂、CR-39、MS、NAS、尼龙或PC增强的PMMA或MS树脂；树脂基板与树脂粉末是同种物质或异种物质。
进一步，树脂基板A也可以设计成其它形状，它的作用是透光及把光线引导到不同的方向、支撑并固定荧光树脂涂层。树脂基板A是平面、球面、双曲面、椭圆面、卵形面或抛物面的凸面型板材或为柱面型板材。
进一步，其中荧光粉是LED黄色荧光粉、LED绿色荧光粉与LED红色荧光粉的混合物或者是LED黄色荧光粉与少量LED红色荧光粉的混合物。
为达上述目的，本发明另提出一种光学波长转换组件的制备方法，包括下列步骤：
(1)将树脂粉末、荧光粉粉末、粘结剂和溶剂混和成均匀的浆料，其中树脂粉末、荧光粉粉末的质量比为100:1-20:150，溶剂与粘结剂的质量比为100：1-100：100,荧光粉粉末加树脂B粉末混合物的总体积与溶剂加粘结剂混合物的总体积的体积比为1：100-300：100,且树脂的粉末和荧光粉的粉末的粒径在1微米到60微米之间；其中溶剂是液体的醇、醚、酮、酯、烃类，粘结剂为溶于溶剂的聚合物（如溶于水的聚乙烯醇、羧基纤维素）、丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、缩丁醛树脂、乙基纤维素。
(2)将上述浆料均匀涂覆在树脂基板上，然后将涂覆浆料的树脂基板干燥，干燥温度为40℃-130℃，干燥时间为5分钟-10小时；
(3)将干燥后的涂有浆料的树脂基板烘烤,烘烤温度为100℃-260℃，升温速率为1-10℃/分钟，烘烤时间为5分钟-20小时，降温时间为20分钟-10小时，在树脂基板A表面得到含有荧光粉与树脂的混合涂层。
进一步，其中步骤(2)中干燥过程能在空气中进行，也能在真空中进行。
进一步，其中步骤(3)中烘烤过程能在空气中进行，也能在真空中进行烘烤方式是利用红外线直接烘烤或利用电热丝加热烘烤；
进一步，其中步骤（2）和（3）可以合并为一个分步加热步骤进行。
为达上述目的，本发明另提出一种白光发光装置，包括底座、蓝光LED芯片、反光罩和波长转换组件,反光罩的两端分别连接热沉和波长转换组件，蓝光LED芯片设置在底座面对波长转换组件的一面，且蓝光LED芯片的电极引线穿出底座，光学波长转换组件包括包括树脂基板，且在树脂基板的表面具有含有树脂与荧光粉的混合涂层；其中底座可以是金属板，或LED支架。
为了防止树脂涂层老化，还可以在荧光粉粉末与树脂粉末的混合粉末中加入少量紫外线吸收剂（如UV-327、UV326、UV328、UV531、UV-9等）、或抗氧化剂（如抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂245、抗氧剂1010及辅助抗氧剂168等）；树脂粉末与紫外线吸收剂及树脂粉末与抗氧剂的质量比为100:0.01～100：0.7。
为了增强光线的混合效果，还可以在荧光粉粉末与树脂粉末的混合粉末中加入适量的SiO2、ZrO2、Al2O3等陶瓷颗粒，起混光的作用；其中荧光粉粉末与陶瓷颗粒的体积比为100：1～100：150。
进一步，其中反光罩与树脂基板A之间设有转接板或转接环。
本发明的有益效果是，根据本发明制造的发光器件中，不直接将硅胶或树脂与荧光粉的混合物粘结在LED蓝光芯片上进行封装，LED蓝光芯片4散热效果大大增强，芯片的散热问题大大缓解；同时由于荧光树脂涂层中的树脂B工作在较低的温度，可以避免运用传统技术封装的LED发光器件中由于硅胶或树脂在光照并工作于较高温度下变质发黄导致的器件光效下降问题。根据本发明制造的发光器件中，芯片散热问题被有效解决，荧光粉的环境温度低，因此不会发生因器件的高工作温度导致的发光性能劣化等问题。
附图说明
图1为本发明实施例光学波长转换组件的结构示意图。
图2为图1中光学波长转换组件的制备方法的流程图。
图3为利用图1中所示的光学波长转换组件的白光发光装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
图1为本发明实施例光学波长转换组件的结构示意图。光学波长转换组件，包括树脂基板11，且在树脂基板的表面具有含有树脂与荧光粉13的混合涂层12。
其中树脂基板11的材质是PMMA、PMMA合金树脂、聚碳酸酯、PC合金树脂、环氧、丁苯、苯砜树脂、CR-39、MS、NAS、聚氨脂光学树脂、尼龙或PC增强的PMMA或MS树脂；树脂粉末的材质是PMMA、PMMA合金树脂、聚碳酸酯、PC合金树脂、丁苯、苯砜树脂、CR-39、MS、NAS、尼龙或PC增强的PMMA或MS树脂；树脂基板与树脂粉末可以是同种物质，也可以是不同物质。
树脂基板也可以设计成其它形状，它的作用是透光及把光线引导到不同的方向、支撑并固定荧光树脂涂层。树脂基板A是平面、球面、双曲面、椭圆面、卵形面或抛物面的凸面型板材或为柱面型板材。
其中荧光粉LED黄色荧光粉、LED绿色荧光粉与LED红色荧光粉的混合物或者是LED黄色荧光粉与少量LED红色荧光粉的混合物。
图2为图1中光学波长转换组件的制备方法的流程图，光学波长转换组件的制备方法包括下列步骤：
S201将树脂粉末、荧光粉粉末、粘结剂和溶剂混和成均匀的浆料，其中树脂粉末、荧光粉粉末的质量比为100:1-20:150，溶剂与粘结剂的质量比为100：1-100：100,荧光粉粉末加树脂B粉末混合物的总体积与溶剂加粘结剂混合物的总体积的体积比为1：100-300：100,且树脂的粉末和荧光粉的粉末的粒径在1微米到60微米之间；其中溶剂是液体的醇、醚、酮、酯、烃类，粘结剂为溶于溶剂的聚合物（如溶于水的聚乙烯醇、羧基纤维素）、丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、缩丁醛树脂、乙基纤维素。
S203将上述浆料均匀涂覆在树脂基板上，将涂覆浆料的树脂基板恒温干燥，干燥温度为40℃-130℃，干燥时间为5分钟-10小时；
S205将干燥后的涂有浆料的树脂基板烘烤,烘烤温度为100℃-260℃，升温速率为1-10℃/分钟，烘烤时间为5分钟-20小时，降温时间为20分钟-10小时，在树脂基板A表面得到含有荧光粉与树脂的混合涂层。烘烤是为了使有机溶剂完全挥发或分解，使得树脂B的粉末软化与荧光粉颗粒粘连，最终包覆荧光粉颗粒，并与树脂基板A合为一体；为此，优选在此温度区间能够分解的粘结剂；优选树脂基板A与树脂B为同种物质，两者粘接得更为紧密；烘烤过程可以在空气中进行，也可以在真空中进行；为了使得树脂基板A在烘烤过程中不变形，还可以在烘烤过程中利用模具保持其物理形状；烘烤方式可以是利用红外线直接烘烤，也可以利用电热丝加热烘烤；也可以将S203和S205合并为一个分步加热步骤进行。
图3为利用图1中所示的光学波长转换组件的白光发光装置的结构示意图。白光发光装置包括底座1、蓝光LED芯片2、反光罩3和波长转换组件,反光罩3的两端分别连接底座1和波长转换组件，蓝光LED芯片2设置在底座1面对波长转换组件的一面，且蓝光LED芯片2的电极引线21、22穿出底座，光学波长转换组件包括树脂基板11，且在树脂基板的表面具有含有树脂与荧光粉13的混合涂层12。
如图3所示，其中底座可以是金属板，或LED支架。
如图3所示，所述蓝光LED芯片可以是宝石(Al2O3)衬底上生长的蓝光芯片，也可以是SiC衬底上生长的蓝光芯片，或者是Si衬底上生长的蓝光芯片，或是在上述三种基板中的任意一种上生长后被转移到其他基板上的。所述光线反射（收集）罩的作用是将蓝光芯片4发出的光线汇聚到上面的含荧光树脂涂层的透明树脂基板A上。在不损害本发明目的的范围内，发光器件的光线反射罩也可以设计成其它形状，它的作用就是将蓝光芯片4发出的光线汇聚到上面的含荧光树脂涂层的树脂基板A上。
通过电极10给蓝光芯片2接通电源，有电流I通过，此时蓝光芯片2就可以发出蓝光，如图3中的L所示。蓝光芯片2发出的蓝光激发混合涂层中的荧光粉粉末13，荧光粉发出黄光，或绿光，或红光，或者是上述三种光中的某两种光的混合光线。具体荧光粉发出何种光线取决于荧光粉13的组分。荧光粉13的组分由荧光粉13等的配方决定。蓝光芯片4发出的蓝光与荧光粉13受激发发出的光线混合可以发出白光，如图3中的W所示。白光W在包含树脂基板11的背对蓝光芯片的一面透出；反光罩3对LED蓝光芯片或芯片组的发光进行反射或收集。
为了防止树脂涂层老化，还可以在荧光粉粉末与树脂粉末的混合粉末中加入少量紫外线吸收剂（如UV-327、UV326、UV328、UV531、UV-9等）、或抗氧化剂（如抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂245、抗氧剂1010及辅助抗氧剂168等）；树脂粉末与紫外线吸收剂及树脂粉末与抗氧剂的质量比为100:0.01～100：0.7。
为了增强光线的混合效果，还可以在荧光粉粉末与树脂粉末的混合粉末中加入适量的SiO2、ZrO2、Al2O3等陶瓷颗粒，起混光的作用；其中荧光粉粉末与陶瓷颗粒的体积比为100：1～100：150。
进一步，其中反光罩与树脂基板A之间设有转接板或转接环。
本发明的有益效果是，根据本发明制造的发光器件中，不直接将硅胶或树脂与荧光粉的混合物粘结在LED蓝光芯片上进行封装，LED蓝光芯片4散热效果大大增强，芯片的散热问题大大缓解；同时由于荧光树脂涂层中的树脂B工作在较低的温度，可以避免运用传统技术封装的LED发光器件中由于硅胶或树脂在光照并工作于较高温度下变质发黄导致的器件光效下降问题。根据本发明制造的发光器件中，芯片散热问题被有效解决，荧光粉的环境温度低，因此不会发生因器件的高工作温度导致的发光性能劣化等问题。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种光学波长转换组件，其特征在于，包括树脂基板，且在树脂基板的表面具有含有树脂与荧光粉的混合涂层；涂层的制备特征为，将树脂粉末、荧光粉与溶剂及粘结剂混合后涂覆在树脂基板上，经干燥及加热烘烤，溶剂挥发后，树脂粉末软化后包覆荧光粉并相互粘连形成一层树脂涂层，并与树脂基板合为一体；其中树脂基板的材质是PMMA、PMMA合金树脂、聚碳酸酯、PC合金树脂、环氧、丁苯、苯砜树脂、CR-39、MS、NAS、聚氨脂光学树脂、尼龙或PC增强的PMMA或MS树脂；树脂粉末的材质是PMMA、PMMA合金树脂、聚碳酸酯、PC合金树脂、丁苯、苯砜树脂、CR-39、MS、NAS、尼龙或PC增强的PMMA或MS树脂；树脂基板与树脂粉末是同种物质或异种物质。
2.根据权利要求1所述的光学波长转换组件，其特征在于，其中树脂基板是平面、球面、双曲面、椭圆面、卵形面或抛物面的凸面型板材或为柱面型板材。
3.根据权利要求1所述的光学波长转换组件，其特征在于，其中荧光粉是LED黄色荧光粉、LED绿色荧光粉与LED红色荧光粉的混合物或者是LED黄色荧光粉与少量LED红色荧光粉的混合物。
4.一种光学波长转换组件的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将树脂粉末、荧光粉粉末、粘结剂和溶剂混和成均匀的浆料，其中树脂粉末、荧光粉粉末的质量比为100:1-20:150，溶剂与粘结剂的质量比为100：1-100：100,荧光粉粉末加树脂粉末混合物的总体积与溶剂加粘结剂混合物的总体积的体积比为1：100-300：100,且树脂的粉末和荧光粉的粉末的粒径在1微米到60微米之间；其中溶剂是液体的醇、醚、酮、酯、烃类，粘结剂为溶于溶剂的聚合物、丙烯酸类树脂、苯乙烯树脂、缩丁醛树脂、乙基纤维素；
(2)将上述浆料均匀涂覆在树脂基板上，然后将涂覆浆料的树脂基板干燥，干燥温度为40℃-130℃，干燥时间为5分钟-10小时；
(3)将干燥后的涂有浆料的树脂基板烘烤,烘烤温度为100℃-260℃，升温速率为1-10℃/分钟，烘烤时间为5分钟-20小时，降温时间为20分钟-10小时，在树脂基板表面得到含有荧光粉与树脂的混合涂层。
5.权利要求4中所述的光学波长转换组件的制备方法，其特征在于，其中步骤(2)中干燥过程能在空气中进行，也能在真空中进行；或将步骤（2）和（3）合并为一个分步加热步骤进行。
6.权利要求4中所述的光学波长转换组件的制备方法，其特征在于，其中步骤(3)中烘烤过程能在空气中进行，也能在真空中进行，烘烤方式是利用红外线直接烘烤或利用电热丝加热烘烤。
7.一种根据权利要求1所述的白光发光装置，其特征在于，包括底座、蓝光LED芯片、反光罩和波长转换组件,反光罩的两端分别连接底座和波长转换组件，蓝光LED芯片设置在底座面对波长转换组件的一面，且蓝光LED芯片的电极引线穿出底座，光学波长转换组件包括树脂基板，且在树脂基板的表面具有含有树脂与荧光粉的混合涂层；其中底座是金属板或LED支架。
8.根据权利要求7所述的白光发光装置，其特征在于，其中在荧光粉粉末与树脂粉末的混合粉末中还加有紫外线吸收剂或抗氧化剂，树脂粉末与紫外线吸收剂、或树脂粉末与抗氧剂的质量比为100:0.01～100：0.7。
9.根据权利要求7所述的白光发光装置，其特征在于，其中在荧光粉粉末与树脂粉末的混合粉末中还加有SiO2、ZrO2、或Al2O3等陶瓷颗粒，其中荧光粉粉末与陶瓷颗粒的体积比为100：1～100：150。
10.根据权利要求7所述的白光发光装置，其特征在于，其中反光罩与树脂基板之间设有转接板或转接环。
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