CN101805602B - 光波长转换材料的封装方法及结构 - Google Patents

Abstract

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；采用封装方法包括：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采用透明材料。采用本发明，光波长转换材料兼顾了提高发光亮度和延长使用寿命的目的，并具有易低成本实现的优点。

Description

光波长转换材料的封装方法及结构

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 2008/0003160A1及美国专利US 6,346,326B1也公开了类似的方案。

上述现有技术的缺点在于，当采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；当采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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种封装方法及结构，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采用透明材料。

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，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。

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。

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采用透明材料。

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，所述采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。

采用上述各技术方案，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的效果；

其中，各附图标记为：1——透明材料层，2——光波长转换材料，3——填充物，4——粘附介质，5——第二透明材料层，6——带反射面的基座，12——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采用透明材料。

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：光波长转换材料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采用了空气隔离介质，故所述填充物与外界的接触面比较小，所述填充物3还可以采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，很可能在实际操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中至少有一个采用透明材料，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甚至采用透明材料)的表面贴反光胶带(例如3M公司可提供的一种胶带)或镀反光膜来反射来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采用有色玻璃，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。400小时后转化效率只有原来的20％。而采用本发明方法封装后，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。

Claims (15)

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；所述填充物包括不透水或空气的金属或塑料或特制胶带；

使用粘附介质将所述第一、第二空气隔离介质和所述填充物密封连接的步骤；该粘附介质介于第一空气隔离介质和填充物之间以及第二空气隔离介质和填充物之间，或者介于第一和第二空气隔离介质之间并包容着填充物；所述粘附介质包括胶水或压敏胶粘剂；

其中，所述第一、第二空气隔离介质中至少有一个采用透明材料。

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：

所述填充物还包括压敏胶粘剂。

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，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。

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，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、第二空气隔离介质与所述光波长转换材料间设置一低折射率介质层的步骤。

8.根据权利要求7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可以是稀薄的空气层，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；所述低折射率介质层还或者是折射率小于1.38的低折射率环氧树脂层。

9.根据权利要求7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。

10.一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，所述填充物包括不透水或空气的金属或塑料或特制胶带；

还包括介于该第一、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所述填充物的粘附介质；该粘附介质介于第一空气隔离介质和填充物之间以及第二空气隔离介质和填充物之间，或者介于第一和第二空气隔离介质之间并包容着填充物；所述粘附介质包括胶水或压敏胶粘剂；

所述第一、第二空气隔离介质中至少有一个采用透明材料。

11.根据权利要求10所述光波长转换材料的封装结构，其特征在于：

所述采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。

12.根据权利要求10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。

13.根据权利要求10所述光波长转换材料的封装结构，其特征在于：

所述填充物的厚度略大于所述光波长转换材料的厚度；

还包括位于所述第一空气隔离介质与所述光波长转换材料之间和/或位于第二空气隔离介质与所述光波长转换材料之间的低折射率介质层。

14.根据权利要求13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可以是稀薄的空气层，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；所述低折射率介质层还或者是折射率小于1.38的低折射率环氧树脂层。

15.根据权利要求13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。

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