LED器件光耦合劑制造技術

本發明專利技術涉及一種LED器件光耦合劑。本發明專利技術為折射率n=1.3～1.655的無色透明液體或者無色透明粘稠不定形體，粘度0.5mm2/s～1000000mm2/s；或者折射率n=1.3～1.655的淡黃色透明液體或淡黃色透明粘稠不定形體，色度小于30度，粘度0.5mm2/s～1000000mm2/s；用作LED器件出光封裝外的介質，提高LED器件出光封裝外介質的折射率來擴大與出光光通量有關的LED出光封裝內的全反射臨界角，增大出射球冠相對面積和視界；降低LED器件與空氣介質的反射率，擴大LED器件內部的最大出射角12%以上，提升LED燈的出光效率15%以上。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于照明光學領域，涉及到提高LED燈出光效率的光學材料，特別是直接提高LED器件出射光通量的光耦合劑。
技術介紹
LED以其光效高成為重要的照明光源。但LED屬于點光源，封裝與白熾燈有極大的不同。為了有效地引出光線，LED投射燈用LED燈珠與相匹配的專用帶凹球形狀的光學收集-聚光裝置，有效地收集了向四方發射的大功率LED光，并經光學聚光裝置的折射及反射，以小角度投射到小面積。由于LED燈具內的光學零件較多，零件與零件之間存在空氣隙，會造成多次光學反射，為此人們采用各種設計改進LED燈具，提高光效。目前認識到提高LED燈具光效不僅需要提高LED的每瓦流明數，更需要光學技術提高燈具的效率。部分光學檢測儀器使用光耦合劑，用于充填光學零件面之間的微小空隙，防止空隙的微量空氣影響光透射。如，在晶體和光導、光導和光電倍增管之間充填有薄層硅橡膠光耦合片，以排除空氣，減少弱光通過兩種光介質界面時的損失。
技術實現思路
本專利技術通過基礎光學分析，研究LED燈珠出光介質的邊界折射、反射與全反射規律，發現LED燈珠，或者大功率LED集成光源直接與空氣接觸的折射率之差Λ η較大，根據界面的反射定律，反射率R也較大。LED燈珠，或者大功率LED集成光源與LED燈具光學零件縫隙填補光耦合劑，可降低兩界面之間的反射率，從而提高透射率T ;另外根據折射定律的入射角與出射角，以及折射率關系公式 n，sin i，=n sin i(I) 其中n’為LED出光封裝的折射率，i’為LED出光封裝側的入射角，η為LED出光封裝外的介質折射率，i為LED出光封裝外介質的出射角。由等式關系得:折射率大的一側入射角或者出射角小。根據公式(1)，從LED管芯發射的光，在出光封裝表面與法線的夾角——入射角(LED芯片側)不能超過全反射臨界角45.58° (η，=1.4) 41.81。(η’=1.5)，其中η’為有機硅封裝的折射率，介于1.4 1.5之間，大于臨界角的光線將發生全反射；由于透明環氧樹脂的折射率為1.5左右，雙酚A型環氧樹脂的折射率η’為1.62 1.65，高于光學玻璃的折射率，三井化學的帶硫醇化合物的透明環氧樹脂折射率η’ 1.65，也是LED封裝的重要材料。透明環氧樹脂的折射率η’介于1.5 1.65,對于η’ =1.65與η=1.0的界面，全反射臨界角37.31°。根據折射公式(1)，改變光疏媒質的折射率η，將引發光密媒質側的入射角或者出射角i’的變化；當光疏媒質的折射率η增高時，光密媒質內的全反射臨界角i。’變大，如η’=1.5的玻璃內的光束全反射臨界角i。’，當光疏媒質的折射率η=1.0 (空氣)，光密媒質內的全反射臨界角i。’ =41.81°，當光疏媒質換成折射率n=l.33的水后，光密媒質內的全反射臨界角i。’ =62.46° ;對光密媒質為折射率η’ =1.65的透明環氧樹脂，全反射臨界角從與空氣的i。’ =37.31°，增加到與水交界的53.71°，這樣一來就擴大LED出光封裝的全反射臨界角，也即擴展了出光封裝內側的出射角度，增大了出光光通量。本專利技術是折射率n=l.3 1.65的無色透明、不揮發、無腐蝕性的液體或者粘稠不定形體，25°C下的粘度0.5 1000000 mm2/s，用于填充光學零件之間的縫隙，特別是具備與LED出光封裝表面接觸，擴大LED器件內部的最大出射角——全反射臨界角，提高LED器件的直接出光光通量的功能。本專利技術可采用折射率n=l.40的二甲基硅油，如201-100 二甲基硅油，25°C粘度IOOmmVs 201-230000 二甲基硅油，25°C粘度230000mm2/s;無色透明的蓖麻油，如印度供貨的蓖麻油折射率n=l.478 1.479 (20°C )，當其與n’=l.5的玻璃匹配后，玻璃內的全反射臨界角i。’=80.17° 80.40°，若該蓖麻油與η’=1.65的高折射率環氧樹脂接觸，高折射率環氧樹脂內的全反射臨界角i。’ =63.61° 63.68° ;苯甲基硅油，折射率1.470 1.485，25°C粘度25 40 mm2/s ;無色透明油狀液體苯基甲基硅油，折射率1.5765 1.5785，等。根據球冠面積Ss的計算公式，Ss=2 π R2(l — cos i’)，其中i’是球冠中心z軸與球心到球冠邊沿連線的夾角；引入相對球冠面積Sk=球冠面積Ss:半球面積Sh，相對球冠面積 Se= (I — cos i，)(2) 其中i’是球冠中心z軸與球心到球冠邊沿連線的夾角。LED器件內部光束照射出光封裝表面的任意一點O的入射角i’，產生全反射的臨界角即與此球冠邊沿對應。LED器件出光封裝的折射 率η’ =1.4 (有機硅封裝)對應的全反射臨界角45.58°，其對應的相對球冠面積Se= (1- cos 45.58° ) =30.0%, 若LED器件的出光封裝折射率η’ =1.5 (有機硅封裝，環氧樹脂封裝)，對應的全反射臨界角41.81°，相應的相對球冠面積Sk= (I — cos 41.81° )=25.5%。若LED器件的出光封裝采用高折射率環氧樹脂，折射率n’=l.65，對應的全反射臨界角37.31°，相應的相對球冠面積Se= (I — cos 37.31° )=20.5%。通過以上分析計算發現，白光LED器件出光封裝膠的有效出光面積受到全反射臨界角的影響，其中有機硅的出光封裝的相對出光面積在25.5% 30.0%之間，高折射率環氧樹脂的相對出光面積為20.5%。出光封裝內熒光粉向大部分方向的輻射超出了實際全反射臨界角i。’，超出全反射臨界角i。’的光只能從LED器件出光封裝表面反射回去；若出光封裝為球面，如LED燈珠，則大量LED光線在出光封裝內球面反復反射損失掉，而不能形成有效出光；對平面型的大功率LED集成光源，出光封裝反射回去的光線被粗糙的襯底吸收和反射。根據折射公式(1)，改變光疏媒質的折射率n，將引發光密媒質側的入射角或者出射角的變化；據此推算出，從光密媒質側發出 的光束在介質表面發生全反射的臨界角i。’隨光疏媒質的折射率η變化，當光疏媒質的折射率η增高時，光密媒質內的全反射臨界角i。’變大，如η’=1.5的玻璃內的光束全反射臨界角i。’，當光疏媒質的折射率η=1.0 (空氣)，光密媒質內的全反射臨界角i。’ =41.81°，當光疏媒質換成折射率n=l.33的水后，光密媒質內的全反射臨界角i。’ =67.12。，對應的相對球冠面積Se=I — cos 62.46。=53.76% ;換成折射率n=1.382的KF96L-lcs 二甲基硅油，光密媒質內的全反射臨界角i。’ =67.1°，對應的相對球冠面積Sk=I — cos 67.1° =61% ;若選擇無色透明的蓖麻油,如印度供貨的蓖麻油折射率n=l.478 1.479 (20°C)，當其與η’ =1.5的玻璃匹配后，玻璃內的全反射臨界角ic，=80.17。 80.40°，全反射臨界角i。’形成的球冠表面積占半球面的83.2% (相對球冠面積)，是玻璃與空氣全反射臨界角i。’形成的球冠面積的3.26倍；根據附圖2曲線III，自然光的反射率R是入射角i的函數，在入射角i=80° 90° (低掠射角)下，反射率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
LED器件光耦合劑，其特征在于：該光耦合劑為折射率n=1.3～1.655的無色透明液體或者無色透明粘稠不定形體，粘度0.5?mm2/s～1000000?mm2/s；或者折射率n=1.3～1.655的淡黃色透明液體或淡黃色透明粘稠不定形體，色度小于30度，粘度0.5?mm2/s～1000000?mm2/s；用作LED器件出光封裝外的介質，提高LED器件出光封裝外介質的折射率來擴大與出光光通量有關的LED出光封裝內的全反射臨界角，增大出射球冠相對面積和視界；降低LED器件與空氣介質的反射率，擴大LED器件內部的最大出射角12%以上，提升LED燈的出光效率15%以上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡建人，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：