一種防螢光粉沉降的高觸變性led果凍膠的製作方法

2023-05-01 02:39:31

一種防螢光粉沉降的高觸變性led果凍膠的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種防螢光粉沉降的高觸變性LED果凍膠。本發明通過優選偶聯劑、優化水解條件，對氣相二氧化矽改性獲得觸變材料，對螢光粉改性獲得防沉降螢光粉。將觸變材料加入矽膠體系獲得觸變指數高達5的高觸變性矽膠體系；向該體系中加入不同種類、不同含量的改性螢光粉，可一體化調配出不同色溫的果凍膠，該果凍膠在3個月保質期內不會產生沉降，封裝後色溫值保持不變。本發明果凍膠為針筒包裝，不需模具輔助，可直接固定在點膠機上使用，點膠後自動成型。本發明將螢光粉和矽膠體系合二為一製得果凍膠，可省去LED封裝環節的模具封裝步驟，簡化了下遊封裝工藝，縮短生產周期，提高了生產效率，具有良好的應用前景。
【專利說明】一種防螢光粉沉降的高觸變性LED果凍膠【技術領域】[0001]本發明屬於LED封裝【技術領域】，特別涉及一種防螢光粉沉降的高觸變性LED果凍膠。【背景技術】[0002]眾所周知，在LED封裝中螢光粉點塗工藝首先需將分別購買的螢光粉和矽膠按比例混合均勻，調成螢光膠。螢光粉為固體微粒，粒徑大約在7-25μπι之間。常規的雙組份加成矽膠粘度在2000-6000cpS之間。由於螢光粉粒徑過大、矽膠粘度偏小，導致螢光粉在矽膠體系中很容易發生沉降，通常要在半小時內使用完畢。如果混合時間過長，螢光粉發生沉降，會直接影響LED封裝後光學的一致性，即色溫一致性和亮度一致性等。[0003]另外，隨著LED封裝技術的不斷發展、競爭力的不斷提升，縮短工藝、提高生產效率成為大多數封裝廠家追求的目標。但是目前普遍用的加成型矽膠在高溫下都具有流動性，要想製作不同出光角度、不同形狀的LED，在封裝時必須通過繁瑣的模具工藝才能成型， 這無疑與封裝廠家所追求的周期縮短、成本降低的目標相違背。近年來，信越、道康寧相繼推出了具有觸變性的單組份矽膠，但其觸變指數不高，自動成型性不好，出光角度和光效都比不上模具封裝的效果。單組份加成型有機矽膠體系在加入觸變材料之前是牛頓流體，無觸變性。加入二氧化矽後，其觸變性明顯改善，隨著加入量的增加，觸變指數變大，觸變性變好，但帶來的負面影響是二氧化矽的團聚現象明顯，粘度變稠，不利於操作。光電測試後，透光率下降，膠體機械性能下降。因此，通過加入二氧化矽物理混合來改變其觸變性是行不通的。[0004]針對上述技術缺陷，為解決螢光粉在矽膠體系中的沉降問題以及實現LED無模具成型技術，發明人研發出高效的觸變材料，加入矽膠體系可製得高觸變性矽膠，在封裝的前端將改性螢光粉和高觸變性矽膠合二為一，製成不同色溫段的防螢光粉沉降的高觸變性螢光粉膠，發明人將這種螢光粉膠命名為果凍膠。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種防螢光粉沉降的高觸變性LED 果凍膠。[0006]本發明所採取的技術方案是:一種防螢光粉沉降的高觸變性LED果凍膠，為混有螢光粉的矽膠體系，矽膠體系中含有氣相二氧化矽，所述螢光粉和氣相二氧化矽均採用矽烷偶聯劑水解液進行改性處理。[0007]優選的，矽烷偶聯劑水解液的製備方法如下:混合甲醇、水、丙三醇，調節pH至2~ 4，然後加入矽烷偶聯劑，攬祥反應2~3h,得矽烷偶聯劑水解液；其中，水解液中丙二醇的濃度為2~4g/L。[0008]優選的，所述矽烷偶聯劑為KH570、KH560、KH171中的至少一種。[0009]優選的，水解液中甲`醇的體積分數為10~50%。[0010]優選的，水解液中矽烷偶聯劑的體積分數為5~15%。[0011]優選的，氣相二氧化矽的改性方法如下:混合氣相二氧化矽、有機溶劑和矽烷偶聯劑水解液，80~120°C下攪拌、回流2~5h，除去有機溶劑，烘乾，即得；其中，氣相二氧化矽在有機溶劑中的溶度為800~1200g/L。[0012]優選的，氣相二氧化矽與矽烷偶聯劑水解液的重量比為50~200:1。[0013]優選的，螢光粉的改性方法如下:配製300~550g/L的螢光粉水溶液，超聲分散後，加入矽烷偶聯劑水解液，攪拌反應2~5h，洗滌，烘乾，即得。[0014]優選的，螢光粉與矽烷偶聯劑水解液的重量比為5~15:1。[0015]優選的，矽膠體系中，改性氣相二氧化矽的含量為2.5~4.0wt%。[0016]本發明的有益效果是:⑴本發明通過優選偶聯劑、優化偶聯劑的水解條件及改性方法，對氣相二氧化矽進行改性，獲得觸變材料——改性氣相二氧化矽，使得該觸變材料在最低的加入量下，最大化的提高了矽膠體系的觸變性能，以免加入過多的二氧化矽會影響果凍膠的透光性和韌性以及操作性。[0017] ⑵本發明螢光粉經矽烷偶聯劑改性後，在顆粒表面嵌入疏水基團，使其更容易分散在高觸變性矽膠體系中，且由於分散性的提高，螢光粉的亮度也有所提高。[0018]⑶本發明向高觸變性矽膠體系中加入不同種類、不同含量的改性螢光粉，一體化調配出不同色溫的果凍膠，該果凍膠在較長保質期(3個月)內使用，不會產生沉降，封裝後色溫值長期保持不變，有效地解決了普通矽膠混入螢光粉後沉降導致的色溫偏差問題。[0019]⑷本發明果凍膠具有較高的觸變指數，可塑度高，產品為針筒包裝，可直接固定在點膠機上使用，不需要模具輔助，點膠後自動成型；固化後尺寸穩定，不收縮，不變形，具有一致的發光角度。[0020](5)本發明將螢光粉和矽膠體系合二為一製得果凍膠，可以省去LED封裝環節的模具封裝步驟，簡化了下遊封裝工藝，降低了生產成本，縮短生產周期，提高了生產效率。【專利附圖】

【附圖說明】[0021]圖1為未改性螢光粉YAG-04的紅外光譜圖；圖2為改性螢光粉YAG-04的紅外光譜圖；圖3為果凍膠1#的吸光度A隨時間的變化。【具體實施方式】[0022]一種防螢光粉沉降的高觸變性LED果凍膠，為混有螢光粉的矽膠體系，矽膠體系中含有氣相二氧化矽，所述螢光粉和氣相二氧化矽均採用矽烷偶聯劑水解液進行改性處理。[0023]優選的，氣相二氧化矽為疏水性二氧化矽。優選的，氣相二氧化矽粒徑為7~ 14nm。最優選的氣相二氧化矽為瓦克H20、H30。[0024]優選的，矽烷偶聯劑水解液的製備方法如下:混合甲醇、水、丙三醇，調節pH至2~ 4，然後加入矽烷偶聯劑，攬祥反應2~3h,得矽烷偶聯劑水解液；其中，水解液中丙二醇的濃度為2~4g/L。[0025]優選的，所述矽烷偶聯劑為KH570、KH560、KH171中的至少一種。[0026]優選的，水解液中甲醇的體積分數為10~50%。[0027]優選的，水解液中矽烷偶聯劑的體積分數為5~15%。[0028]優選的，氣相二氧化矽的改性方法如下:混合氣相二氧化矽、有機溶劑和矽烷偶聯劑水解液，80~120°C下攪拌、回流2~5h，除去甲苯，烘乾，即得；其中，氣相二氧化矽在有機溶劑中的溶度為800~1200g/L。[0029]優選的，有機溶劑為甲醇、乙醇、甲苯、苯、二甲苯中的至少一種。[0030]優選的，氣相二氧化矽與矽烷偶聯劑水解液的重量比為50~200:1。[0031]優選的，螢光粉的改性方法如下:配製300~550g/L的螢光粉水溶液，超聲分散後，加入矽烷偶聯劑水解液，攪拌反應2~5h，洗滌，烘乾，即得。[0032]優選的，螢光粉與矽烷偶聯劑水解液的重量比為5~15:1。[0033]優選的，矽膠體系中，改性氣相二氧化矽的含量為2.5~4.0wt%。[0034]矽膠體系在加入觸變材料之前是牛頓流體，無觸變性，加入觸變材料氣相二氧化矽後，觸變性可明顯改善。研究發現，氣相二氧化矽表面羥基的數量會直接影響矽膠體系的觸變效果和機械性能，羥基越多，觸變性越好，撕裂強度越低。本發明選擇合適的矽烷偶聯劑對氣相二氧化矽進行改性處理，使其四周包裹矽烷，有效控制了表面羥基的數量。由於氣相二氧化矽經過偶聯劑水解液改性後，納米顆粒之間產生氫鍵、範德華力等分子間作用力， 這些作用力使分散在體系中的二氧化矽聚集體連接成為一個完整的三維網絡結構，並充滿整個體系，使得體系的粘度增加。當體系受到剪切力作用，氫鍵和分子間作用力被破壞，隨即二氧化矽網絡結構也被破壞，導致體系粘度變小；當剪切力消失時，網絡結構又會恢復。 隨著改性二氧化矽加入量的增加，觸變性指數變大，同時，體系的粘度也越來越大。[0035]考慮到加入過多的改性二氧化矽會影響果凍膠的透光性和韌性以及操作性，發明人優化偶聯劑的水解條件，以及水解液和氣相二氧化矽的質量比，有效控制了改性二氧化矽的-OH含量，使得改性二氧化矽在最低的加入量下，最大化的提高了矽膠體系的觸變性能。本發明果凍膠矽膠體系觸變指數可高達5,利用此性能可省去LED封裝中的molding 工藝，直接在點膠機上操作，得到半球形狀的模粒，模粒的直徑和高度可以根據點膠機的氣壓、時間和針頭直徑來確定。[0036]進一步的，本發明果凍膠為改性防沉降螢光粉和高觸變性矽膠體系的混合物。螢光粉經矽烷偶聯劑改性，在顆粒表面嵌入疏水基團，一方面使其更容易分散在高觸變性矽膠體系中，且由於分散性的提高，螢光粉的亮度也有所提高。另一方面，由於高觸變性體系是非牛頓流體類型，果凍膠體只有在受到屈服應力的時候才會流動，靜止時由於屈服值的存在，顆粒會穩定地懸浮在非牛頓流體中，故具有進一步防螢光粉沉降的效果，使得螢光粉在體系內沉降速度極慢，在較長的有效期內不會對色溫和亮度產生影響，有效地解決了配粉時間過長造成沉降，從而引起色溫不統一、分光不集中的弊端。[0037]本發明通過改變螢光粉的種類和所佔比例，可混合製備不同色溫值的果凍膠，該果凍膠為單組份針筒包裝。LED封裝過程中，用本發明果凍膠替代普通混粉膠水，封裝`時，只需確定色溫就可以直接使用對應螢光粉含量的果凍膠進行點膠及後續作業，不但省去傳統工藝中的混螢光粉環節，還能省去繁瑣的模具成型工藝，極大地縮短了產品生產周期。[0038]本發明改性氣相二氧化矽、改性螢光粉可與本領域常規使用的矽膠體系混合製備得到防螢光粉沉降的高觸變性果凍膠。[0039]下面結合具體實施例，進一步闡述本
【發明內容】
。[0040]實施例1果凍膠的製備工藝如下:(I)偶聯劑KH560水解液的製備:取5mL甲醇和45mL蒸餾水混合均勻，向該體系中滴加0.1g (2g/L)丙三醇，用醋酸調節溶液pH=4，然後加入5mL KH560，常溫下磁力攪拌2h。測其電導率為90 μ S/cm,證明以上水解方法能使偶聯劑充分水解。[0041](2)氣相二氧化矽的處理:取100g瓦克H30於圓底燒瓶中，加入100 mL甲苯和Ig 步驟(1)製備的偶聯劑水解液，在110°C下攪拌、回流3h。反應完成後，減壓旋蒸除掉甲苯， 在烘箱中60°C乾燥過夜。[0042](3)鋁酸鹽螢光粉YAG-04 (美國Intermatix公司)的改性:稱取7.8g YAG-04，加入15mL蒸餾水，超聲分散9min，獲得YAG-04溶液；然後滴加入0.78g步驟(1)製備的KH560 水解液，磁力攪拌3h ;最後，用分液漏鬥靜置分層，水洗3次，無水乙醇洗2次(用無水乙醇洗滌，烘乾時易脫水，並且螢光粉不容易發生團聚)，60°C的烘箱中烘乾，即得改性YAG-04。[0043](4)高觸變性矽膠體系的製備:分別取MQ樹脂6000mPas 20g和12000mPas 15g， 取乙烯基矽油5000mPas 50g混煉作為基膠。向基膠中加入延遲劑乙炔環己醇0.15g,充分混合攪拌後，依次加入含氫矽油(氫質量分數0.8%)2g和含氫矽油(氫質量分數0.42%)3g混合均勻。然後加入鉬金水0.lg，充分攪拌均勻。最後將步驟(2)製備的改性瓦克H30 2.5g 加入到以上體系中，超聲分散20分鐘，即得高觸變性矽膠。[0044](5)果凍膠的製備:將步驟(3)製備的2.6g改性螢光粉YAG-04與步驟(4)製備的32.5g高觸變性矽膠體系混合(螢光粉與矽膠的比重8:100)，超聲分散，即得果凍膠1#。[0045]實施例2(I)偶聯劑KH560水解液的製備:取15mL甲醇和80mL蒸餾水混合均勻，向該體系中滴加0.3g丙三醇，用醋酸調節溶液pH=2，然後加入5mL KH560，常溫下磁力攪拌3h。測其電導率為88 μ S/cm,證明以上水解方法能使偶聯劑充分水解。[0046](2)氣相二氧化矽的處理:取200g瓦克H20於圓底燒瓶中，加入250mL甲醇和Ig 步驟(1)製備的KH560水解液，在120°C下攪拌、回流2h。反應完成後，減壓旋蒸除掉甲醇， 在烘箱中60°C乾燥過夜。[0047](3)鋁酸鹽螢光粉YAG-04 (美國Intermatix公司)的改性:稱取4.5g YAG-04，加入15mL蒸餾水，超聲分散9min，獲得YAG-04溶液；然後滴加入0.3g步驟(1)製備的KH560 水解液，磁力攪拌2h ;最後，用分液漏鬥靜置分層，水洗3次，無水乙醇洗2次，60°C的烘箱中烘乾，即得改性YAG-04。[0048](4)高觸變性矽膠體系的製備:分別取MQ樹脂6000mPas 20g和12000mPas 15g， 取乙烯基矽油5000mPas 50g混煉作為基膠。向基膠中加入延遲劑0.15g,充分混合攪拌後， 依次加入含氫矽油(氫質量分數0.8%) 2g和含氫矽油(氫質量分數0.42%) 3g混合均勻。然後加入鉬金水0.lg，充分攪拌均勻。最後將步驟(2)製備的改性瓦克H20 3.8g加入到以上體系中，超聲分散20分鐘，即得高觸變性矽膠。[0049](5)果凍膠的製備:將步驟(3)製備的3.25g改性螢光粉YAG-04與步驟(4)製備的32.5g高觸變性矽膠體系混合(螢光粉與矽膠的比重10:100)，超聲分散，即得果凍膠2#。[0050]實施例3(I)偶聯劑KH570水解液的製備:取15mL甲醇和80mL蒸餾水混合均勻，向該體系中滴加0.3g丙三醇，用醋酸調節溶液pH=2，然後加入5mL KH570，常溫下磁力攪拌3h。測其電導率為85 μ S/cm,證明以上水解方法能使偶聯劑充分水解。[0051](2)氣相二氧化矽的處理:取200g卡博特TS720於圓底燒瓶中，加入250mL 二甲苯和Ig步驟(1)製備的KH570水解液，在120°C下攪拌、回流2h。反應完成後，減壓旋蒸除掉二甲苯，在烘箱中60°C乾燥過夜。[0052](3)矽酸鹽螢光粉05742 (美國Intermatix公司)的改性:稱取4.5g 05742，加入 15mL蒸餾水，超聲分散9min，獲得05742溶液；然後滴加入0.3g步驟(1)製備的KH570水解液，磁力攪拌2h ;最後，用分液漏鬥靜置分層，水洗3次，無水乙醇洗2次，60°C的烘箱中烘乾，即得改性05742。[0053](4)高觸變性矽膠體系的製備:分別取MQ樹脂6000mPas 20g和12000mPas 15g， 取乙烯基矽油5000mPas 50g混煉作為基膠。向基膠中加入延遲劑0.15g,充分混合攪拌後， 依次加入含氫矽油(氫質量分數0.8%) 2g和含氫矽油(氫質量分數0.42%) 3g混合均勻。然後加入鉬金水0.lg，充分攪拌均勻。最後將步驟(2)製備的改性卡博特TS720 2.8g加入到以上體系中，超聲分散20分鐘，即得高觸變性矽膠。[0054](5)果凍膠的製備:將實施例2中4.75g改性YAG-04、步驟(3)製備的1.75g改性05742及步驟(4)製備的50g高觸變性矽膠體系混合，超聲分散，即得果凍膠3#。[0055]實施例4(I)偶聯劑KH171水解液的製備:取12mL甲醇和73mL蒸餾水混合均勻，向該體系中滴加0.4g丙三醇，用醋酸調節溶液pH=3，然後加入15mL KH171，常溫下磁力攪拌3h。測其電導率為83 μ S/cm,證明以上水解方法能使偶聯劑充分水解。[0056](2)氣相二氧化矽的處理:取50g瓦克H30於圓底燒瓶中，加入42mL苯和Ig步驟 (I)製備的KHl71水解液，在80°C下攪拌、回流5h。反應完成後，減壓旋蒸除掉苯，在烘箱中 60°C乾燥過夜。[0057](3)矽酸鹽螢光粉G2261 (美國Intermatix公司)的改性:稱取6.0g G2261，加入 15mL蒸餾水，超聲分散9min，獲得G2261溶液；然後滴加入1.2g步驟(1)製備的KH171水解液，磁力攪拌5h ;最後，用分液漏鬥靜置分層，水洗3次，無水乙醇洗2次，80°C的烘箱中烘乾，即得改性G2261。[0058](4)高觸變性矽膠體系的製備:分別取MQ樹脂6000mPas 20g和12000mPas 15g， 取乙烯基矽油5000mPas 50g混煉作為基膠。向基膠中加入延遲劑0.15g,充分混合攪拌後， 依次加入含氫矽油(氫質量分數0.8%) 2g和含氫矽油(氫質量分數0.42%) 3g。然後加入催化劑0.lg，充分攪拌均勻。最後將步驟(2)製備的改性瓦克H30 3.0g加入到以上體系中， 超聲分散20分鐘，即得高觸變性矽膠。
[0059](5)果凍膠的製備:將實施例3中3g改性05742、步驟(3)製備的5g改性G2261及步驟(4)製備的50g高觸變性矽膠體系混合，即得果凍膠4#。[0060]實施例5通過選擇不同品牌、不同粒徑的氣相二氧化矽(見表1)，按照實施例1步驟(2)所述方法分別對其進行表面改性處理，獲得觸變材料(改性氣相二氧化矽)；然後，按照實施例1步驟(4)所述方法，分別製得不同的高觸變性矽膠。[0061]性能測試:A、觸變性測試:用HBDV-1I黏度計52#轉子測量高觸變性矽膠的黏度，觸變性用觸變指數來表徵，指在0.5 r/min測得黏度與5.0 r/min測得黏度的比值。[0062]B、透光率測試:LS102光學透過率測量儀，波長為450nm，矽膠片厚度為1mm。[0063]測試結果見表1。[0064]表1不同氣相二氧化矽改性後的性能參數
【權利要求】
1.一種防螢光粉沉降的高觸變性LED果凍膠，為混有螢光粉的矽膠體系，矽膠體系中含有氣相二氧化矽，所述螢光粉和氣相二氧化矽均採用矽烷偶聯劑水解液進行改性處理。
2.根據權利要求1所述的果凍膠，其特徵在於:矽烷偶聯劑水解液的製備方法如下:混合甲醇、水、丙三醇，調節pH至2~4，然後加入矽烷偶聯劑，攪拌反應2~3h，得矽烷偶聯劑水解液；其中，水解液中丙三醇的濃度為2~4g/L。
3.根據權利要求2所述的果凍膠，其特徵在於:所述矽烷偶聯劑為KH570、KH560、KH171 中的至少一種。
4.根據權利要求2所述的果凍膠，其特徵在於:水解液中甲醇的體積分數為10~50%。
5.根據權利要求2所述的果凍膠，其特徵在於:水解液中矽烷偶聯劑的體積分數為 5 ~15%。
6.根據權利要求1~5任意一項所述的果凍膠,其特徵在於:氣相二氧化娃的改性方法如下:混合氣相二氧化矽、有機溶劑和矽烷偶聯劑水解液，80~120°C下攪拌、回流2~ 5h，除去有機溶劑，烘乾，即得；其中，氣相二氧化矽在有機溶劑中的溶度為800~1200g/L。
7.根據權利要求6所述的果凍膠，其特徵在於:氣相二氧化矽與矽烷偶聯劑水解液的重量比為50~200:1。
8.根據權利要求1~5任意一項所述的果凍膠，其特徵在於:螢光粉的改性方法如下: 配製300~550g/L的螢光粉水溶液，超聲分散後，加入矽烷偶聯劑水解液，攪拌反應2~ 5h，洗漆，烘乾，即得。
9.根據權利要求8所述的果凍膠，其特徵在於:螢光粉與矽烷偶聯劑水解液的重量比為5~15:lo
10.根據權利要求 1所述的果凍膠，其特徵在於:矽膠體系中，改性氣相二氧化矽的含量為 2.5 ~4.0wt%o
【文檔編號】C09K11/06GK103497760SQ201310430400
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】劉洋, 錢雪行, 王本智, 韓英, 肖建香, 蔣劍濤 申請人:深圳市晨日科技有限公司