[发明专利]LED器件光耦合剂

说明书

技术领域

本发明属于照明光学领域，涉及到提高LED灯出光效率的光学材料，特别是直接提高LED器件出射光通量的光耦合剂。

背景技术

LED以其光效高成为重要的照明光源。但LED属于点光源，封装与白炽灯有极大的不同。为了有效地引出光线，LED投射灯用LED灯珠与相匹配的专用带凹球形状的光学收集-聚光装置，有效地收集了向四方发射的大功率LED光，并经光学聚光装置的折射及反射，以小角度投射到小面积。由于LED灯具内的光学零件较多，零件与零件之间存在空气隙，会造成多次光学反射，为此人们采用各种设计改进LED灯具，提高光效。目前认识到提高LED灯具光效不仅需要提高LED的每瓦流明数，更需要光学技术提高灯具的效率。

部分光学检测仪器使用光耦合剂，用于充填光学零件面之间的微小空隙，防止空隙的微量空气影响光透射。如，在晶体和光导、光导和光电倍增管之间充填有薄层硅橡胶光耦合片，以排除空气，减少弱光通过两种光介质界面时的损失。

发明内容

本发明通过基础光学分析，研究LED灯珠出光介质的边界折射、反射与全反射规律，发现LED灯珠，或者大功率LED集成光源直接与空气接触的折射率之差Δn较大，根据界面的反射定律，反射率R也较大。LED灯珠，或者大功率LED集成光源与LED灯具光学零件缝隙填补光耦合剂，可降低两界面之间的反射率，从而提高透射率T；另外根据折射定律的入射角与出射角，以及折射率关系公式

n’sin i’=n sin i                                         （1）

其中n’为LED出光封装的折射率，i’为LED出光封装侧的入射角，n为LED出光封装外的介质折射率，i为LED出光封装外介质的出射角。由等式关系得：折射率大的一侧入射角或者出射角小。根据公式（1），从LED管芯发射的光，在出光封装表面与法线的夹角——入射角（LED芯片侧）不能超过全反射临界角45.58°（n’=1.4）～41.81°（n’=1.5），其中n’为有机硅封装的折射率，介于1.4～1.5之间，大于临界角的光线将发生全反射；由于透明环氧树脂的折射率为1.5左右，双酚A型环氧树脂的折射率n’为1.62～1.65，高于光学玻璃的折射率，三井化学的带硫醇化合物的透明环氧树脂折射率n’1.65，也是LED封装的重要材料。透明环氧树脂的折射率n’介于1.5～1.65，对于n’=1.65与n=1.0的界面，全反射临界角37.31°。

根据折射公式（1），改变光疏媒质的折射率n，将引发光密媒质侧的入射角或者出射角i’的变化；当光疏媒质的折射率n增高时，光密媒质内的全反射临界角i_c’变大，如n’=1.5的玻璃内的光束全反射临界角i_c’，当光疏媒质的折射率n=1.0（空气），光密媒质内的全反射临界角i_c’=41.81°，当光疏媒质换成折射率n=1.33的水后，光密媒质内的全反射临界角i_c’=62.46°；对光密媒质为折射率n’=1.65的透明环氧树脂，全反射临界角从与空气的i_c’=37.31°，增加到与水交界的53.71°，这样一来就扩大LED出光封装的全反射临界角，也即扩展了出光封装内侧的出射角度，增大了出光光通量。

本发明是折射率n=1.3～1.65的无色透明、不挥发、无腐蚀性的液体或者粘稠不定形体，25℃下的粘度0.5～1000000 mm²/s，用于填充光学零件之间的缝隙，特别是具备与LED出光封装表面接触，扩大LED器件内部的最大出射角——全反射临界角，提高LED器件的直接出光光通量的功能。本发明可采用折射率n=1.40的二甲基硅油，如201-100二甲基硅油，25℃粘度100mm²/s～201-230000二甲基硅油，25℃粘度230000mm²/s;无色透明的蓖麻油，如印度供货的蓖麻油折射率n=1.478～1.479（20℃），当其与n’=1.5的玻璃匹配后，玻璃内的全反射临界角i_c’=80.17°～80.40°，若该蓖麻油与n’=1.65的高折射率环氧树脂接触，高折射率环氧树脂内的全反射临界角i_c’=63.61°～63.68°；苯甲基硅油，折射率1.470～1.485，25℃粘度25～40 mm²/s；无色透明油状液体苯基甲基硅油，折射率1.5765～1.5785，等。