一種led燈用發光塑料母粒的製備及其應用方法
2023-09-17 22:57:35
一種led燈用發光塑料母粒的製備及其應用方法
【專利摘要】本發明涉及一種LED燈用發光塑料母粒的製備及其應用方法。通過使用聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一種，添加5-30PHR的螢光粉後製得所需的塑料母粒；塑料母粒可通過壓塑、吹塑成型的方式，製成發光塑料片、發光塑料燈罩、發光塑料燈管。可應用於LED射燈、LED球泡燈、LED燈管的光轉化單元。
【專利說明】一種LED燈用發光塑料母粒的製備及其應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子材料、無機發光材料和照明【技術領域】，涉及一種光轉化材料製備及應用方法，特別是一種可調節不同螢光粉組份而製備出的發光塑料母粒，將450nm-470nm的藍光通過光轉化和光耦合發出白光的光轉化材料，即LED燈用發光塑料母粒的製備及其應用方法。
【背景技術】
[0002]現代的LED發光二級管隨著技術的進步，發光效率不斷提高，然而螢光粉的發展制約了白光LED照明產業的發展。例如:螢光粉的光轉化效率不足40%，其它則以熱量形式散發；傳統的LED封裝，螢光粉與晶片無間隙的接觸，熱量無法散失，長時間使用後高溫會導致LED晶片及螢光粉壽命的嚴重降低。特別是一些如矽酸鹽基紅色螢光粉、氯矽酸鹽基綠色螢光粉的耐熱性較差，長時間高溫並與空氣接觸，必然會導致螢光粉的性能降低，影響LED照明的穩定性和使用壽命。
[0003]傳統的白光LED封裝，是將YAG螢光粉與有機矽膠混合後，均勻塗覆與LED晶片的表面，由於YAG螢光粉密度較高，容易沉積，導致了封裝產品的色溫變化較大；螢光粉較差的分散性，易於出現各個角度的色溫不一致性。傳統的白光LED封裝，為了調節色溫，多加入紅色螢光粉及綠色螢光粉，由於各種螢光粉密度的不同，出現了混合不均勻的現象，理論上的色溫與實際色溫嚴重不符，以上螢光粉的缺陷都嚴重製約了 LED照明產品的發展。
[0004]有機高分子材料，如聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)其透光率較高，光線透過率最高可達到95%以上，而且成型工藝簡單，可被製作成所需的各種形狀和規格，且製成品厚度的可控性較好。加入螢光粉後，其螢光粉的分散性較好，製成的發光塑料片、發光塑料燈罩、發光塑料燈管可通過厚度的調整，控制LED照明器件的色溫。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的第一個技術問題是:提供一種LED燈用發光塑料母粒的製備方法，使其不僅滿足塑料母粒的各種加工要求和物理性能外，還要求可以被450-470nm藍光激發，具有較高的透光率和光轉化效率。
[0006]本發明要解決的第二個技術問題是:提供一種發光塑料母粒，其具有較好的阻燃性和一致性，其製備方法中具有較好的操作性和重複性。
[0007]本發明要解決的第三個技術問題是:提供這種LED燈用發光塑料母粒的應用領域及使用方法。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現:
[0009]一種適用於LED燈用發光塑料母粒的製備方法，按基體有機高分子塑料為100重量份，組成配比為:有機高分子塑料100PHR ;螢光粉5-30phR ;阻燃劑0.2-1.0PHR ;其它助劑(抗氧化劑/抗紫外劑)0.2-1.0PHR0[0010]其中有機高分子材料可使用聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一種為基體，都可滿足本發明的目的。
[0011]其中所述螢光粉為YAG黃色螢光粉、矽酸鹽基紅色螢光粉、氯矽酸鹽基綠色螢光粉、氮化物及氮氧化物紅色螢光粉中的一種或多種。
[0012]其中阻燃劑為一種氟類聚合物阻燃劑，如高分子量的聚四氟乙烯。
[0013]其中所述其他助劑為亞磷酸類抗氧化劑及納米氧化鋅抗紫外劑。
[0014]一種LED燈用發光塑料母粒的製備方法，具體製備步驟如下:
[0015]1:按重量配比稱取有機高分子塑料、螢光粉、阻燃劑及其它助劑；
[0016]2:將基體高分子塑料、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料口，螢光粉經側餵口進料，溶融後擠出、造粒；
[0017]因有機高分子塑料基體的不同，加工工藝中溫度區間有所不同:
[0018]a:聚碳酸酯(PC)加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240_250°C，二區溫度250-260 °C，三區溫度260-270°C，四區溫度270-275 °C，五區溫度265-270 °C，六區溫度270_280°C，模頭溫度為 275_280°C，壓力為 2_2.5MPa0
[0019]b:聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度260-265 °C，二區溫度265-270 °C，三區溫度270-275 °C，四區溫度275_280°C，五區溫度280-285°C，六區溫度 285-290°C，模頭溫度為 290_295°C，壓力為 2-2.5MPa。
[0020]c:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度170_175°C，二區溫度175-180°C，三區溫度180-185°C，四區溫度185_190°C，五區溫度190_195°C，六區溫度195-200°C，模頭溫度為210-220°C，壓力為35-100MPa。
[0021]本發明採用螢光粉側餵料進料方法，此方法可解決螢光粉在發光塑料母粒中的分散問題，使得發光塑料母粒的透光率及發光效率得以改善。
[0022]本發明還涉及一種發光塑料母粒的使用方法:
[0023]製成的發光塑料母粒，根據添加螢光粉的不同，可分為紅、黃、綠三種發光顏色。可單獨使用黃色發光塑料母粒通過壓塑、吹塑成型的方式，製成發光塑料器件；也可以用黃色與紅色及綠色發光塑料母粒配合使用，通過壓塑、吹塑成型工藝，製成發光塑料器件。發光塑料器件的色溫，與本發明所製備的發光塑料母粒的添加比例有關。製成的發光塑料器件在LED晶片450-470nm的藍光激發下，通過光轉化與光耦合發出白光，它與LED晶片矩陣之間保持一定的距離，具有發光效率高，中間過程少，成品率高的優勢。
【具體實施方式】
[0024]塑料母粒的製備
[0025]一種適用於LED燈用發光塑料母粒的製備方法，按基體有機高分子塑料為100重量份，組成配比為:有機高分子塑料100PHR ;突光粉5-30phR ;阻燃劑0.2-1.0PHR ;其它助劑(抗氧化劑/抗紫外劑)0.2-1.0PHR0
[0026]其中有機高分子材料可使用聚碳酸酯(PO、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一種為基體，都可滿足本發明的目的。
[0027]其中所述螢光粉為YAG黃色螢光粉、矽酸鹽基紅色螢光粉、氯矽酸鹽基綠色螢光粉、氮化物及氮氧化物紅色螢光粉中的一種或幾種。[0028]其中阻燃劑為一種氟類聚合物阻燃劑，如高分子量的聚四氟乙烯。
[0029]其中所述其它助劑為亞磷酸類抗氧化劑及納米氧化鋅抗紫外劑。
[0030]實例1:
[0031]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;YAG黃色螢光粉25PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；YAG黃色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260_270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265-270°C，六區溫度 270-280°C，模頭溫度為 275_280°C，壓力為 2-2.5MPa。
[0032]實例2:
[0033]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;YAG黃色螢光粉22PHR ;氮化物紅色螢光粉3PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；YAG黃色螢光粉及氮化物紅色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260-270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265_270°C，六區溫度270_280°C，模頭溫度為 275_280°C，壓力為 2_2.5MPa0
[0034]實例3
[0035]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ；YAG黃色螢光粉22PHR ;矽酸鹽基紅色螢光粉3PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；YAG黃色螢光粉及矽酸鹽基紅色螢光粉混合後經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260-270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265_270°C，六區溫度270_280°C，模頭溫度為 275_280°C，壓力為 2_2.5MPa0
[0036]實例4
[0037]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;YAG黃色螢光粉20PHR ;氯矽酸鹽基綠色螢光粉3PHR ;矽酸鹽基紅色螢光粉2PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；YAG黃色螢光粉、氯矽酸鹽基綠色螢光粉及矽酸鹽基紅色螢光粉充分混合後經側餵口進料，熔融後擠出，造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260_270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265-270°C，六區溫度270_280°C，模頭溫度為275_280°C，壓力為 2-2.5MPa。
[0038]實例5
[0039]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR;矽酸鹽基紅色螢光粉25PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；矽酸鹽基紅色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出，造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260_270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265-270°C，六區溫度270-280°C，模頭溫度為275_280°C，壓力為2-2.5MPa ο
[0040]實例6
[0041]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;氮化物紅色螢光粉25PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；氮化物紅色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260_270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265-270°C，六區溫度270-280°C，模頭溫度為275_280°C，壓力為2-2.5MPa。
[0042]實例I
[0043]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚碳酸酯(PC) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;氯矽酸鹽基綠色螢光粉25PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；氯矽酸鹽基綠色螢光粉25PHR經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260°C，三區溫度260_270°C，四區溫度270-275°C，五區溫度265-270°C，六區溫度270_280°C，模頭溫度為275_280°C，壓力為2-2.5MPa ο
[0044]實例8
[0045]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ；YAG黃色螢光粉15PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中。YAG黃色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度260-265°C，二區溫度265-270°C，三區溫度270-275°C，四區溫度275-280°C，五區溫度280-285°C，六區溫度285_290°C，模頭溫度為290-295°C，壓力為2-2.5MPa ο
[0046]實例9
[0047]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;氮化物紅色螢光粉15PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；氮化物紅色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度260-265°C，二區溫度265-270°C，三區溫度270_275°C，四區溫度275-280°C，五區溫度280-285°C，六區溫度285_290°C，模頭溫度為290-295°C，壓力為2-2.5MPa ο
[0048]實例10
[0049]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 100PHR ;阻燃劑0.3PHR ;氮化物紅色螢光粉20PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；氮化物紅色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度170-175°C，二區溫度175-180°C，三區溫度180_185°C，四區溫度185-190°C，五區溫度190-195°C，六區溫度195_200°C，模頭溫度為210_220°C，壓力為70-75MPa。
[0050]實例11
[0051]按重量配比(PHR)稱取以下原料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 100PHR ;阻燃劑
0.3PHR ;YAG黃色螢光粉20PHR ;其它助劑0.4PHR。將聚碳酸酯、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料鬥中；YAG黃色螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒。加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度170-175°C，二區溫度175-180°C，三區溫度180_185°C，四區溫度185-190°C，五區溫度190-195°C，六區溫度195-200°C，模頭溫度為210_220°C，壓力為70-75MPa。[0052]本發明涉及的一種使用方法，以下僅以聚碳酸酯(PC)為基體製得的發光塑料母粒為例進行說明，採用PET、PMMA為基體製成的塑料母粒可根據PC例舉的使用方法進行變動，但不脫離本發明專利的範疇。
[0053]將實例I製成的發光塑料母粒編號①；實例5製成的發光塑料母粒編號②；實例6製成的發光塑料母粒編號③；實例7製成的發光塑料母粒編號④。
[0054]實例12
[0055]稱量發光塑料母粒①，在溫度270°C下進行壓塑成型，壓力為5MPa，製成0.5mm厚的發光塑料片，或在溫度270°C下進行吹塑成型，製成0.5mm厚的發光塑料燈罩及發光塑料燈管。通過457.5nm的藍光晶片製成LED射燈、LED球泡燈、LED燈管後進行測試，其色溫分別為4500K、4460K、4475K ;發光流明效率可達到110±51m/w。
[0056]實例I3
[0057]按質量百分比稱量發光塑料母粒①95wt %、②5wt %，溫度270 V下進行壓塑成型，壓力為5MPa，製成0.5mm厚的發光塑料片，或在溫度270°C下進行吹塑成型，製成0.5mm厚的發光塑料燈罩及發光塑料燈管。通過457.5nm的藍光晶片製成LED射燈、LED球泡燈、LED燈管後進行測試，其色溫分別為3090K、3050K、3065K ;發光流明效率可達到95±51m/w。
[0058]實例14
[0059]按質量百分比稱量發光塑料母粒①98wt%，發光塑料母粒③2wt%，溫度270°C下進行壓塑成型，壓力為5MPa，製成0.5mm厚的發光塑料片，或在溫度270°C下進行吹塑成型，製成0.5_厚的發光塑料燈罩及發光塑料燈管。通過457.5nm的藍光晶片製成LED射燈、LED球泡燈、LED燈管後進行測試，其色溫分別為2890K、2849K、2863K ;發光流明效率可達到105±51m/wo
[0060]實例I5
[0061 ] 按質量百分比稱量發光塑料母粒①95wt % ；發光塑料母粒③3wt % ；發光塑料母粒④2wt%，溫度270°C下進行壓塑成型，壓力為5MPa，製成0.5mm厚的發光塑料片，或在溫度270°C下進行吹塑成型，製成0.5mm厚的發光塑料燈罩及發光塑料燈管。通過457.5nm的藍光晶片製成LED射燈、LED球泡燈、LED燈管後進行測試，其色溫分別為3300K、3270K、3290K。發光流明效率可達到100±51m/w。
[0062]上述的具體實施例是用來詳細說明本發明的目的、特徵及功效，對於熟悉此類技藝的人士而言，根據上述說明，可能對該具體實施例作部分變更及修改，其本質未脫離出本發明之精神範疇者，皆應包含在本案的申請專利範圍內。
【權利要求】
1.本發明涉及一種LED燈用發光塑料母粒的製備方法，按基體有機高分子塑料為100重量份，組成配比為:有機高分子塑料100PHR ;螢光粉5-30PHR ;阻燃劑0.2-1.0PHR ;其他助劑(抗氧化劑/抗紫外劑)0.2-1.0PHR0
2.根據權利要求1所述:其中的螢光粉為YAG黃色螢光粉、矽酸鹽基紅色螢光粉、氯矽酸鹽基綠色螢光粉、氮化物及氮氧化物紅色螢光粉中的一種或多種。
3.根據權利要求1所述:其中有機高分子材料可使用聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一種。
4.根據權利要求1所述:其中阻燃劑為一種氟類聚合物阻燃劑，如高分子量的聚四氟乙烯。
5.根據權利要求1所述:其中所述其它助劑為亞磷酸類抗氧化劑及納米氧化鋅抗紫外劑。
6.一種LED燈用塑料母粒的製備方法，包括步驟，其特徵在於: 1)按重量配比稱取有機高分子塑料、螢光粉、阻燃劑及其它助劑； 2)將基體高分子塑料、阻燃劑及其它助劑投入雙螺杆擠出機的加料口，螢光粉經側餵口進料，熔融後擠出、造粒； 因有機高分子塑料基體的不同，加工工藝中溫度區間有所不同: a)聚碳酸酯(PC)加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度240-250°C，二區溫度250-260 °C，三區溫度260-270 °C，四區溫度270-275 °C，五區溫度265_270°C，六區溫度270-280°C，模頭溫度為 275-280°C，壓力為 2-2.5MPa ； b)聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度260-265°C，二區溫度265-270°C，三區溫度270-275°C，四區溫度275_280°C，五區溫度280-285°C，六區溫度 285-290°C，模頭溫度為 290-295°C，壓力為 2-2.5MPa ； c)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加工工藝如下:雙螺杆擠出機一區溫度170-175°C，二區溫度175-180°C，三區溫度180-185°C，四區溫度185_190°C，五區溫度190_195°C，六區溫度195-200°C，模頭溫度為 210-220°C，壓力為 35-lOOMPa。
7.本文涉及LED燈用塑料母粒的使用方式，發光塑料母粒根據添加螢光粉的不同，可分為紅、黃、綠三種發光塑料母粒。其特徵在於可單獨使用黃色發光塑料母粒，也可與紅色和綠色發光塑料母粒配合使用，通過壓塑、吹塑成型工藝製成發光塑料器件；製成的發光塑料器件在LED晶片450-470nm的藍光激發下，通過光轉化與光耦合發出白光。
8.根據權利要求7所述:其特徵在於可單獨使用黃色發光塑料母粒通過壓塑、吹塑成型的方式，製成發光塑料器件，也可以使用黃色發光塑料母粒與紅色和綠色發光塑料母粒配合通過壓塑、吹塑成型工藝，製成發光塑料器件。
9.根據權利要求7所述:其特徵在於製成的發光塑料器件在LED晶片450-470nm的藍光激發下，通過光轉化與光耦合發出白光；發光塑料器件與LED晶片矩陣之間保持一定的距離。
【文檔編號】H01L33/48GK103887412SQ201210563007
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月24日 優先權日:2012年12月24日
【發明者】李 瑞, 邰亞強, 趙紅娜 申請人:李 瑞