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| 权 利 要 求 书 1. 一种光波长转换材料的封装方法， 其特征在于， 包括： 使用填充物将光波长转换材料合围在第一、 第二空气隔离介质之间的步骤； 使用粘附介质将所述第一、 第二空气隔离介质和 /或所述填充物密封连接的步骤； 其中， 所述第一、 第二空气隔离介质中至少有一个釆用透明材料。 2. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 所述光波长转换材料包括荧光粉、 染料或纳米发光材料。 3. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于， 还包括： 在所述透明材料上镀光学薄膜的步骤； 所述光学薄膜用来控制来自所述光波长转 换材料的光的传播。 4. 根据权利要求 1或 3所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 采用所述透明材料的第一或第二空气隔离介质包括玻璃片、 氧化铝片、 蓝宝石片、 石英片或有机玻璃片。 5. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 所述填充物或者包括不透水或空气的金属、 塑料或特制胶带； 或者包括低透水率 的胶。 6. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 所述填充物还包括压敏胶粘剂。 7. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 所述粘附介质包括胶水或压敏胶粘剂。 8. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特 tf'在于， 包括： 在所述第一、 第二空气隔离介质中的一个介质表面贴反光胶带或鍍反光膜来反射 来自所述光波长转换材料的光的步骤； 该表面贴反光胶带或镀反光膜的介质或者采用不透明的散热材料， 或者与另一所 述空气隔离介质均采用透明材料。 9. 根据权利要求 1所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于， 包括： 使所述填充物的厚度略大于所述光波长转换材料的厚度， 在所述第一、 第二空气 隔离介质间设置一低折射率介质层的步骤。 10. 根据权利要求 9所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 所述低折射率介质层或者是稀薄的空气层； 或者惰性气体层； 或者是折射率小于 1.38的低折射率环氧树脂层。 1 1. 根据权利要求 9所述光波长转换材料的封装方法， 其特征在于： 所述低折射率介质层的厚度小于激发光在波长转换材料层上的光斑的外接圆直 径的十分之一。 12. 一种光波长转换材料的封装结构， 包括光波长转换材料， 其特征在于： 还包括从两侧来夹着所述光波长转换材料的第一、 第二空气隔离介质， 介于该第 一、 第二空气隔离介质之间包围着所述光波长转换材料的填充物， 及介于该第一、 第 二空气隔离介质之间密封连接该第一、 第二空气隔离介质和 /或所述填充物的粘附介 质； 所述第一、 第二空气隔离介质中至少有一个釆用透明材料。 13. 根据权利要求 12所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 所述粘附介质介于所述第一空气隔离介质和所述填充物之间， 以及所述第二空气 隔离介质和所述填充物之间。 14. 根据权利要求 13所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 所述粘附介质和所述填充物为一体材料。 15. 根据权利要求 12所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 所述粘附介质介于所述第一空气隔离介质和所述第二空气隔离介质之间， 包容 所述填充物。 16. 根据权利要求 12所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 所述釆用透明材料的第一或第二空气隔离介质表面还包括用来改变光传播的光 学薄膜层。 17. 根据权利要求 12所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 所述第一、 第二空气隔离介质中的一个介质表面还包括用来反射来自所述光波长 转换材料的光的反光膜层， 该介质或者釆用不透明的散热材料， 或者与另一所述空气 隔离介质均采用透明材料。 18. 根据权利要求 17所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 釆用透明材料的所述第一或第二空气隔离介质呈片状结构。 19. 根据权利要求 17所述光波长转换材料的封装结构， 其特征在于： 包括所述反光膜层的所述第一或第二空气隔离介质为散热基座。 20. 一种 LED光源， 包括光波长转换材料及分布在衬底上的 LED, 所述光波长转换材料包 围着所述 LED的发光面， 其特征在于： 该光源还包括 一采用透明材料的空气隔离介质片， 罩着所述光波长转换材料； 填充物， 填充在所述衬底和空气隔离介质片之间并包围着所述光波长转换材料； 粘附介质， 填充在所述衬底和空气隔离介质片之间来密封连接该衬底和空气隔离 介质片和 /或所述填充物。 21. 根据权利要求 20所述的 LED光源， 其特征在于： 还包括一两端开口的光收集组件， 在所述衬底上包容着所述 LED和所述光波长转 换材料， 所述 LED在其中的较小开口端。 22. 根据权利要求 20所述的 LED光源， 其特征在于: 所述光收集组件为一反射杯。 |
光波长转换材料的封装结构、 方法和 LED
技术领域 本发明涉及光波长转换材料， 尤其涉及光波长转换材料防潮、 防氧化用的 封装方法及结构。
背景技术 随着技术的发展和应用领域的扩大， 光波长转换材料的种类越来越多。 目 前常用的是荧光粉， 其使用寿命受周围环境， 如湿气、 空气 （中的氧气） 的影响较大。 目 前已知的光波长转换材料有荧光粉、 染料或纳米发光材料。 对包括荧光粉在内的这些光波 长转换材料进行防潮、 防氧化的处理至关重要。 现有方案主要是在荧光粉颗粒上包覆一层其它 材料的薄膜来隔绝空气， 以保护荧光 粉。 所述包覆的材料包括氧化硅， 氧化钛， 氧化铝， 磷酸铝等。 例如， 申请号为 98122739 的中国专利申请公开了一种方案， 将经过处理的电致荧光粉放入特定配制的有机 胶体包膜 液中， 经真空干燥和空气中高温烧结， 在电致荧光材料的表面化学形成氧化物、 化合物薄 膜及其复合膜。 申请号为 200710097598.0的中国专利申请公开了用透明胶体 例如硅胶或 者环氧胶与荧光粉混合成膜的方案。 美国专利申请 US 2008/0003160 A 1及美国专利 US 6,346,326 B1也公开了类似的方案。 上述现有技术的缺点在于， 当釆用在荧光粉颗粒表面包覆薄膜的方案时， 虽能延长荧 光粉使用寿命， 但将由于薄膜本身对光线的吸收和反射而使来 自荧光粉的发光有所减弱， 另外氧化处理的工艺复杂度高将带来成本的上 升； 当釆用硅胶或者环氧胶混合成膜的方案 时， 虽然有助于提高对荧光粉发光强度的利用效率 ， 但因硅胶或者环氧胶一般并不能起到 隔绝空气中氧气和水汽的作用， 不利于最大限度地延长荧光粉使用寿命。 此外， 现有的混 合或薄膜包覆过程中还可能使荧光粉颗粒出现 一定的团聚现象、 甚至使荧光粉颗粒材料遭 到破坏， 均将影响荧光粉成品或荧光膜的发光性能。
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确 认 本 发明内容 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技米 的不足之处， 而提出一种封 装方法及结构， 以及使用该结构的 LED光源， 来使光波长转换材料既不降低发光亮度， 又 能延长使用寿命。 为解决上述技术问题， 本发明的基本构思为： 若使用透明材料来整体包裹光波长转换 材料，将在不改变光波长转换材料性状的前提 下， 有利于保持该材料的发光亮度；基于此, 若使用透明材料， 例如玻璃， 和隔离填充物一起将所述光波长转换材料密封 起来， 使其与 空气隔离， 即可以同时达到延长所述光波长转换材料使用 寿命的目的。 作为实现本发明构思的技术方案是， 提供一种光波长转换材料的封装方法， 尤其是， 包括： 使用填充物将光波长转换材料合围在第一、 第二空气隔离介质之间的步骤； 及使用 粘附介质将所述第一、 第二空气隔离介质和 /或所述填充物密封连接的步骤； 其中， 所述 第一、 第二空气隔离介质中至少有一个釆用透明材料 。
上述方案中， 还包括在所述透明材料上镀光学薄膜的步骤； 所述光学薄膜用来控制来 自所述光波长转换材料的光的传播。
上述方案中， 釆用所述透明材料的第一或第二空气隔离介质 包括玻璃片、 氧化铝片、 蓝宝石片、 石英片或有机玻璃片。
上述方案中， 所述填充物或者包括不透水或空气的金属、 塑料或特制胶带； 或者包括 低透水率的胶； 或者包括压敏胶粘剂。 上述方案中， 还包括在所述第一、 第二空气隔离介质中的一个介质表面贴反光胶 带或 镀反光膜来反射来自所述光波长转换材料的光 的步骤； 该表面贴反光胶带或镀反光膜的介 质或者釆用不透明的散热材料， 或者与另一所述空气隔离介质均釆用透明材料 。 上述方案中， 还包括使所述填充物的厚度略大于所述光波长 转换材料的厚度， 在所述 第一、 第二空气隔离介质间设置一低折射率介质层的 步骤。 上述方案中， 所述低折射率介质层的厚度小于激发光在波长 转换材料层上的光斑的外 接圆直径的十分之一。 作为实现本发明构思的技术方案还是， 提供一种一种光波长转换材料的封装结构， 包 括光波长转换材料， 尤其是： 还包括从两侧来夹着所述光波长转换材料的第 一、 第二空气 隔离介质， 介于该第一、 第二空气隔离介质之间包围着所述光波长转换 材料的填充物， 及 介于该第一、 第二空气隔离介质之间密封连接该第一、 第二空气隔离介质和 /或所述填充 物的粘附介质； 所述第一、 第二空气隔离介质中至少有一个釆用透明材料 。 上述方案中， 所述粘附介质介于所述第一空气隔离介质和所 述填充物之间， 以及所述 第二空气隔离介质和所述填充物之间。 上述方案中， 所述粘附介质介于所述第一空气隔离介质和所 述第二空气隔离介质之 间， 包容所述填充物。 上述方案中， 所述釆用透明材料的第一或第二空气隔离介质 表面还包括用来改变光传 播的光学薄膜层。 上述方案中， 所述第一、 第二空气隔离介质中的一个介质表面还包括用 来反射来自所 述光波长转换材料的光的反光膜层， 该介质或者釆用不透明的散热材料， 或者与另一所述 空气隔离介质均釆用透明材料。 ' 作为实现本发明构思的技术方案是， 提供一种 LED光源， 包括光波长转换材料及分布 在衬底上的 LED, 所述光波长转换材料包围着所述 LED的发光面， 尤其是： 该光源还包括 一采用透明材料的空气隔离介质片， 罩着所述光波长转换材料； 填充物， 填充在所述衬底 和空气隔离介质片之间并包围着所述光波长转 换材料； 粘附介质， 填充在所述衬底和空气 隔离介质片之间来密封连接该衬底和空气隔离 介质片和 /或所述填充物。 上述方案中， 还包括一两端开口的光收集组件， 在所述衬底上包容着所述 LED和所述 光波长转换材料， 所述 LED在其中的较小开口端。 釆用上述各技术方案， 在光波长转换材料最佳兼顾发光亮度和使用寿 命的前提下， 具 有结构、 工艺简单， 易于低成本实现的优点。
附图说明 图 1是本发明光波长转换材料封装结构剖视图;
图 2是图 1结构的 A - A剖面图； 图 3是图 1结构的改进结构示意图；
图 4示意了图 1结构在使用中的变形实施例之一；
图 5通过寿命曲线图示意了本发明封装结构带来 效果； 图 6以 LED光源为例示意了图 1结构在使用中的变形实施例之二； 其中，各附图标记为： 1一一透明材料层， 2——光波长转换材料， 3——填充物， 4—一 粘附介质， 5—一第二透明材料层， 6—一带反射面的基座， 7—一 LED, 8一一光收集组件,
12一一低折射率介质层。 具体实施方式 下面， 结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明 。 本发明用来封装光波长转换材料的方法， 包括步骤：
使用填充物将光波长转换材料合围在第一、 第二空气隔离介质之间；
使用粘附介质将所述第一、 第二空气隔离介质和 /或所述填充物密封连接； 其中， 所述第一、 第二空气隔离介质中至少有一个釆用透明材料 。 按上述方法进行封装的结构可以以图 1 剖视图为例作一说明。 如图所示， 第一空气 隔离介质 1和第二空气隔离介质 5分别从两侧， 例如上、 下来夹着所述光波长转换材料 2 , 填充物 3介于该第一、 第二空气隔离介质之间包围着所述光波长转换 材料。 所述包围方式 可以更详细地被图 2所示的该结构剖面图所示意：光波长转换材 2被填充物 3围在中间， 上下再被第一空气隔离介质 1和第二空气隔离介质 5所包围。
粘附介质 4 介于所述第一、 第二空气隔离介质之间， 用来密封连接所述第一空气隔 离介质 1、 第二空气隔离介质 5或所述填充物 3， 使所述光波长转换材料 2被彻底密封， 与空气隔绝。 该结构可以如图 1所示， 将粘附介质 4介于所述第一空气隔离介质 1 和所述 填充物 3之间， 以及所述第二空气隔离介质 5和所述填充物 3之间。
所述填充物 3 可以是不透水或空气的金属、 塑料或特制胶带。 因为一般光波长转换 材料所在层的厚度很小， 与现有技术相比， 本封装结构与外界接触的绝大部分釆用了空气 隔离介质， 故所述填充物与外界的接触面比较小， 所述填充物 3还可以釆用对透水率要求 不高的材料， 例如胶水， 包括 Epo-tek公司提供的 353ND型胶水或可在一定条件下固化的 环氧树脂胶水。 所述粘附介质 4包括胶水或压敏胶粘剂。 所述压敏胶粘剂为一种可受压粘 结的特制双面胶。
实际上， 为了简化生产工艺， 在对性能要求不苛刻的场合下， 可以将所述粘附介质 4 和所述填充物 3合而为一， 例如统一为压敏胶粘剂， 既避免胶水污染所述光波长转换材料 2 ， 又达到密封的初衷。 以光波长转换层厚度为 0.1mm为例， 若直接使用胶水为所述填充 物 3和粘附介质 4， 当胶水的流动性比较好时， 很可能在实际搡作中难以控制而污染到光 波长转换材料； 此外， 与图 1结构相比， 胶水与外界的接触面相对较大（图 1中可以将所 述胶水与外界接触的厚度缩小到 0.005mm ), 从而空气和水汽的透过率相对比较大， 密封 的效果会差些。 图 3所示的一种改进结构则将比图 1产生更好的效果。 与图 1相比， 图 3结构中所 述粘附介质 4介于所述第一空气隔离介质 1和所述第二空气隔离介质 5之间， 包容着所述 填充物 3。 选择使所述填充物 3的厚度略大于所述光波长转换材料 2的厚度， 则可以在所 述第一、 第二空气隔离介质 1、 5与所述光波长转换材料 2 间设置至少一低折射率介质层 12。 该低折射率介质层可以是稀薄的空气层， 或是层， 或是惰性气体层， 其折射率小于所 述光波长转换材料的折射率。该低折射率介质 层还可以是折射率小于 1.38的低折射率环氧 树脂层。 这样， 来自光波长转换材料层的大角度出射光线（包 括受激发光和激发光）将被 全反射回所述光波长转换材料层 2， 经光波长转换材料的散射而被改变出射角度， 以期达 到被二次利用， 最终有助于提高光波长转换效率。 另外， 当粘附介质 4为胶水时， 如图中 所示， 基于毛细现象所述胶水最多也只会渗透入所述 填充物 3与所述第一、 第二空气隔离 介质 1、 5之间的间隙， 而不会溢染到所述光波长转换材料 2。 以封装荧光粉为例， 试验验证所述低折射率介质层的厚度小于预定 程度时， 例如激 发光在该荧光粉层上的光斑的外接圆直径的十 分之一， 对受激发光亮度的提高效果尤佳。 本发明封装方法及结构中， 所述第一、 第二空气隔离介质 1、 5中至少有一个釆用透 明材料， 将有利于保持光波长转换材料的出射光亮度。 因此， 所述第一、 第二空气隔离介 质 1、 5 可以是玻璃片、 氧化铝片、 蓝宝石片、 石英片或有机玻璃片， 由不透空气和水汽 的致密材料构成， 或由其它透水率低的透明材料构成的介质也将 在本发明的保护范围内。
如图 1及图 3所示的结构中， 所述第一、 第二空气隔离介质 1、 5可以均采用透明材 料， 及均呈片状。 这样封装起来的光波长转换材料可以便于被各 种产品所直接使用， 并且 易于更换， 更能避免光波长转换材料在运输过程中及使用 前受潮或氧化。 在使用中， 适用 于激发光从一侧射入， 受激发光从另一侧射出的场合。
针对激发光与受激发光从同侧射入和射出的场 合， 本发明方法或结构可以改进如图 4 所示。 例如在所述第二空气隔离介质 5 (该第二空气隔离介质 5甚至釆用透明材料） 的表 面贴反光胶带 （例如 3M公司可提供的一种胶带）或镀反光膜来反射 自所述光波长转换 材料的光。 所述反光膜可以是金属镀膜、 介质反光膜或金属-介质混合的反光膜。 为与图 1 及 3相区别， 图 4中用带反射膜层的介质 6来取代所述第二空气隔离介质 5。 该介质 6还 可以是由不透明的导热材料（例如但不限于金 属或硅）构成的散热基座， 靠近所述光波长 转换材料 2的一侧包括反光膜层。 所述反光膜层甚至可以被该散热基座的抛光面 所取代。 本发明方法还包括在所述透明材料上镀光学薄 膜的步骤；所述光学薄膜用来控制来自 所述光波长转换材料的光的传播， 包括改变部分光的传播方向或选择光的出射波 长范围。 在例如图 1、 3、 4结构中第一空气隔离介质 1的外表面包括一光学薄膜层， 例如具有角度 选择功能的滤光膜， 可以允许预定入射角度范围内的受激发光出射 ， 从而提高所述光波长 转换材料的出射光亮度。 甚至所述第一空气隔离介质 1釆用有色玻璃， 可以控制出射光的 发光颜色。 本发明经实验验证， 如图 5所示， 以荧光粉为例， 未经密封的荧光粉随着时间延长， 转化效率下降得很快， 如虛线曲线所示意， 400小时后转化效率只有原来的 20 %。 而釆用 本发明方法封装后， 如实线曲线所示意， 1000小时后转化效率仍有原来的 95 %以上， 可 见使用寿命及转换效率均有极大改善。 而现有技术的薄膜包覆方法， 据文献公开， 要包覆 两层或以上的氧化物薄膜才有类似的效果， 但无疑要损失部分出射光亮度， 同时处理工艺 复杂、 成本较高。 将上述结构运用于 LED光源， 可以如图 6所示： 该光源包括光波长转换材料 2及分布 在衬底上的 LED 7 , 所述光波长转换材料 2包围着所述 LED 7 的发光面； 还包括一采用透 明材料的空气隔离介质片 1， 罩着所述光波长转换材料 2; 填充物 3, 填充在所述衬底和空 气隔离介质片之间并包围着所述光波长转换材 料 2; 粘附介质， 填充在所述衬底和空气隔 离介质片 1之间来密封连接该衬底和空气隔离介质片 1和 /或所述填充物 3。
所述光源还包括一两端开口的光收集组件 8， 在所述衬底上包容着所述 LED和所述光 波长转换材料 2， 所述 LED 7在其中的较小开口端。 所述光收集组件 8可以是一反射杯。