具有聚硅氧烷材料的波长转换器、制造方法和包含其的固态照明装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及波长转换器，其具有分散在聚硅氧烷基体中的发光材料和无机纳米颗粒，基于所述聚硅氧烷基体和所述纳米颗粒的总重量，所述无机纳米颗粒占至少10重量％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有聚硅氧烷材料的波长转换器、制造方法和包含其的固态照明装置
本专利技术涉及包含有机硅材料的固态照明装置。更具体地，本专利技术涉及使用有机硅树脂作为固态照明装置中的发光材料的基体材料。
技术介绍
有机硅用于固态照明装置，如发光二极管(LED)封装，主要用作粘合剂、磷光体密封剂和光学件，例如用于光提取的透镜。在典型的一般照明应用中，LED封装的工作温度可以高达90℃至110℃。对于要求更高的应用如汽车前照灯，LED封装可能会经历约125℃至150℃的温度，其中一些局部区域达到高至175℃。在新兴的高照度激光激活远程磷光体(laser-activatedremotephosphor，LARP)或大功率LED投影应用中，温度甚至可能高于汽车应用的温度。大多数甲基有机硅在低于约150℃的温度下保持其光学和机械特性数千小时。另一方面，它们可以在高于约200℃的温度下仅在几天内形成开裂。目前可用的UL列出的光学有机硅的相对温度指数(RTI)在105℃至150℃的范围内。苯基有机硅甚至更不稳定，在高于150℃的温度下迅速变脆且变黄色。结果，标准的甲基或苯基有机硅不太可能在高温和/或高通量应用(例如LARP或更新的大功率的LED)中存在的极端条件下生存。因此，许多高温/高通量应用需要当前使用的有机硅的替代材料。
技术实现思路
在一方面，提供了波长转换器，其具有分散在由低粘度甲氧基甲基硅氧烷前体形成的高度交联的硅氧烷网络中的发光材料。在另一方面，提供了用于制造具有聚硅氧烷基体的波长转换器的方法。在又一方面，提供了包括所述波长转换器的固态照明装置，例如磷光体转换的LED(pc-LED)或激光二极管。本专利技术的聚硅氧烷基体材料在高温和高通量应用中比标准甲基有机硅更稳定，并且可以包括以下另外的优点：·基于高度交联的聚硅氧烷的波长转换器可以制造成具有比丝网印刷的基于有机硅的转换器更干净/更清晰(sharper)的边缘；·波长转换器可以在室温(或者，如果需要加速固化过程，则可以使用稍高的温度)下使用廉价的过程来制造；·由于制造过程不需要高温或溶剂，因此该过程与几乎所有磷光体相容，因此从蓝到红的不同颜色、包括组合(例如冷白和暖白混合)是可能的；·该技术与流延(tapecasting)和冲制相容，这简化了制造步骤并降低了成本；·高度交联的聚硅氧烷基体材料比标准有机硅粘性低得多，可以对转换器元件进行冲制而不会弄脏工具；·该制造方法与其他方法相比可以产生在亮度和色点方面更均匀的波长转换器；·因为前体材料是液体，所以可以向转换器元件中并入不同的添加剂，例如纳米颗粒、金属烷氧基前体、有机分子、聚合物等；以及·甲氧基甲基硅氧烷前体适合与溶剂一起使用或不与溶剂一起使用。附图说明图1是甲氧基官能化的甲基聚硅氧烷和/或甲氧基官能化的甲基聚硅氧烷前体的示例性结构，其中甲氧基含量为约32重量％。重复单元的数目n可以变化。图2是如何可以向聚硅氧烷网络中并入具有羟基(-OH)的纳米颗粒的示意图。这仅用于说明目的。其并不旨在意味着四个聚硅氧烷单元将与各纳米颗粒结合，或者不意味着每个羟基将参与交联。图3示出了呈液体树脂(11)和固化(虚线，12)形式的优选甲氧基甲基硅氧烷的衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)的以ATR单位(ATRU)计的光谱/曲线(υ-以cm-1计的波数)。图4是可以由图1中所示的前体的水解和缩合产生的高度交联的聚硅氧烷的示例性结构。悬键可以指示结构或末端基团的延续。图5是用于LED应用的根据本专利技术的固态照明装置的示意图。图6是用于激光二极管应用的根据本专利技术的固态照明装置的示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术及其另外的和进一步的目的、优点和能力，结合上述附图(其中相同的数字表示相同的部分)参考以下公开内容和所附权利要求。如本文所使用的，术语“波长转换器”意指被设计成与光源(优选半导体光源)使用的单独组件。波长转换器包含将由光源发射的一次光(primarylight)转换成具有与一次光不同的波长的二次光(secondarylight)的发光材料。发光材料可以包括磷光体、量子点或其他发光材料，其被由光源发射的一次光激发，优选被电磁波谱的紫外(UV)或可见光区的光激发。由发光材料发射的二次光通常具有比一次光更长的波长(下转换)。通过转换器的未转换的一次光与发射的二次光组合以提供来自固态光源的整体发射，例如，发蓝光的LED可以与具有发黄光磷光体的波长转换器组合以产生整体白光发射。在另一些应用中，一次光可以完全转换为二次光(全转换)，从而从固态照明装置产生单色发射。如本文所使用的，除非另有说明，否则对磷光体、LED或转换材料的颜色的提及通常是指其发射颜色。因此，蓝色LED发出蓝光，黄色磷光体发出黄光等等。在一个优选实施方案中，本专利技术的波长转换器具有聚硅氧烷基体，其优选在室温(或者如果希望加速固化过程则在稍高的温度下)下由液体甲氧基甲基聚硅氧烷前体形成。优选的甲氧基甲基聚硅氧烷前体如图1所示。聚硅氧烷前体的末端基团可以包含一个或更多个化学反应性基团，例如烷氧基、乙烯基、羟基、羧酸、酯或其他反应性官能团。在另一些实施方案中，末端基团可以是较低反应性的基团，例如烷基，例如甲基和乙基。虽然优选甲基和甲氧基侧基，但并不排除其他官能团，例如乙基、乙氧基、苯基、苯氧基、乙烯基、三氟丙基等。此外，聚硅氧烷骨架与甲基和甲氧基侧基的其他组合是可能的。除了磷光体颗粒之外，许多其他添加剂可以被液体前体、相应的最终的固体聚硅氧烷所容纳。这些添加剂可以包括无机纳米颗粒、金属烷氧基前体、有机分子和其他聚合物。不同的添加剂用于不同的目的，例如控制粘度、提供抗裂性和增强的机械强度、调节折射率和增加热导率。所公开的聚硅氧烷材料相对于传统有机硅的其他潜在优点是如何并入某些纳米颗粒。在传统的有机硅中，纳米颗粒通常作为简单的物理混合物存在。它们包含在有机硅网络中，但它们没有被化学键合。在本专利技术的情况下，前体材料具有可以与其他烷氧基或羟基(等)反应的反应性烷氧基。如果纳米颗粒以其表面含有烷氧基或羟基的方式制成，则其可以化学键合到基体材料上，使其成为硅氧烷网络的一部分，而不是仅仅被物理地捕获在网络中。图2是这可能如何工作的简化示意图。聚硅氧烷上的反应性甲氧基可以水解，留下硅醇基团并形成作为副产物的甲醇。纳米颗粒上的羟基与聚硅氧烷的硅醇基团然后可以进行缩合反应，将其连接在一起并形成作为副产物的水。这种描述过于简化，因为还可存在竞争反应，但主反应的最终结果是相同的；纳米颗粒和聚硅氧烷的高度交联网络。这对热导率、透明度、机械强度等有影响。例如，声子将能够更容易地沿化学键的连续网络传播，而不是通过其中每个颗粒-有机硅边界都有热界面的物理混合物传播。透明度也受复合材料类型的影响。在简单的物理混合物中，除非颗粒非常小并且分散得非常好，否则在不同折射率的材料(即颗粒和基体)之间的每个界面处将存在光散射。另一方面，如果纳米颗粒化学键合到基体材料上，则其更像是均匀体系，并且散射将减少甚至消除。优选的聚硅氧烷前体是低分子量甲氧基甲基聚硅氧烷，其中甲氧基含量为10重量％至50重量％(wt％)，更优选15重量％至45重量％，甚至更优选30重量％至40重量％。在固化过程期间，参与交联反应的每个甲氧基形成容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波长转换器，具有分散在聚硅氧烷基体中的发光材料和无机纳米颗粒，基于所述聚硅氧烷基体和所述纳米颗粒的总重量，所述无机纳米颗粒占至少10重量％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 62/356,5691.一种波长转换器，具有分散在聚硅氧烷基体中的发光材料和无机纳米颗粒，基于所述聚硅氧烷基体和所述纳米颗粒的总重量，所述无机纳米颗粒占至少10重量％。2.根据权利要求1所述的波长转换器，其中所述无机纳米颗粒占所述转换器的15重量％至35重量％。3.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述无机纳米颗粒占所述转换器的35重量％至75重量％。4.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述无机纳米颗粒包括SiO2、ZrO2或其组合。5.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述转换器的有机物含量小于25重量％。6.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述无机纳米颗粒包括Al2O3、TiO2、ZnO、BN或其组合。7.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述无机纳米颗粒的表面具有化学键合至所述聚硅氧烷基体的官能团。8.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述转换器具有厚度为约10μm至约500μm的平坦片状体的形式。9.根据权利要求8所述的波长转换器，其中所述厚度为25μm至200μm。10.根据权利要求8所述的波长转换器，其中所述厚度为25μm至100μm。11.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述转换器在400℃下加热2小时之后保持其机械完整性。12.根据前述权利要求中至少一项所述的波长转换器，其中所述发光材料占所述转换器的15重量％至80重量％。13.一种制造波长转换器的方法，包括：(a)将发光材料和无机纳米颗粒跟液体甲氧基甲基聚硅氧烷前体合并以形成液体分散体，所述前体的甲氧基含量为10重量％至50重量％(wt％)，所述无机纳米颗粒占所述分散体的至少10重量％；(b)将所述液体分散体施加至非粘性表面；(c)使所述液体分散体固化以形成填充聚合物片材；(d)切割所述片材以形成具有期望形状的各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦·皮凯特，格特鲁德·克劳特，马蒂亚斯·洛斯特，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE