光学组合物的制作方法

光学组合物的制作方法
【专利摘要】本发明提供了光学组合物，其包含：-聚倍半硅氧烷，其包含式[R-SiO1.5]的重复单元，其中每个R独立地为氢或C1-C12烷基、芳基、烯烃基、亚芳基、链烯基或烷氧基；-任选取代的聚硅氧烷；和-分散在所述聚硅氧烷中的颗粒。所述聚倍半硅氧烷能够将颗粒分散在聚硅氧烷中，从而提供包含稳定分散的颗粒的光学组合物。所述颗粒可以用于调节所述组合物的折射率或其他光学性质。由于有机物含量低，该组合物的黄变风险降低了。本发明还涉及包含光学组合物的粘结层，和包含光学组合物的光学系统，分别用于制备光学组合物和光学系统的方法，以及聚倍半硅氧烷用于将颗粒分散在聚硅氧烷材料中的用途。
【专利说明】光学组合物发明领域
[0001]本发明涉及光学组合物，包含光学组合物的粘结层，包含光学组合物的光学系统，分别用于制备光学组合物、光学粘结层和光学系统的方法，以及光学组合物的用途。
[0002]发明背景
[0003]用于光学元件的粘合剂或光学粘结层应当提供光学透明的连接。这样的连接通常暴露于高光通量和可能的高温下。假如使用有机组分，暴露于光和高温通常可导致黄变，其导致粘合剂中的吸收而引起光损失。鉴于此，通常使用具有良好的温度稳定性和光稳定性的硅氧烷。
[0004]而且，为了调节光学粘结的折射率，例如提高折射率以从固态光发射装置获得高的光外耦合效率，可以使具有期望折射率的纳米颗粒与硅氧烷材料混合。然而，为了稳定所述颗粒，需要分散剂。由于常规分散剂是有机化合物，它们促使粘合剂/粘结层黄变。
[0005]专利申请US2010/0025711描述了一种光学粘结组合物和包含该组合物的LED光源。所述粘结层包含将LED模具(die)和光学元件粘结在一起的无定形有机聚硅氧烷网状结构。该光学粘结组合物包含表面-改性的金属氧化物纳米颗粒；具有式(RiS1iJJOign+2的倍半硅氧烷；和具有式(R2)2Si(0R3)2的二烷氧基硅烷，其中札至&为有机基团，且η为至少5的整数。然而，许多有机成分的存在使该组合物当暴露于光和高温比如固态光源的操作温度时易于黄变。
[0006]因此，本领域仍然存在对于提供能够稳定颗粒的光学组合物的需求，所述光学组合物提供可接受的低黄变风险。
[0007]发明详沭
[0008]本发明的目的是克服该问题，和提供具有黄变风险降低的光学组合物。
[0009]根据本发明的第一方面，通过包含聚倍半硅氧烷、任选取代的聚硅氧烷和分散在所述聚硅氧烷中的颗粒的光学组合物实现了该目的及其它目的，所述聚倍半硅氧烷包含式[R-S1L5]的重复单元，其中每个R独立地为氢或Q-Cu烷基、芳基、烯烃、亚芳基、链烯基或烧氧基。
[0010]聚倍半硅氧烷能够将颗粒分散在合适的溶剂中，而无需任何其他的有机稳定剂。将颗粒掺入到光学组合物中可以引起插座效率(wall plug efficiency)增加。除了使黄变风险最小化之外，本发明的优点是其与市售可获得的产品的相容性。混合聚倍半硅氧烷与聚硅氧烷改善了材料的柔韧性，且降低了光学组合物的制备成本。
[0011 ] 在一个实施方式中,聚倍半娃氧烧稳定光学组合物中的颗粒。
[0012]在另一个实施方式中，每个R独立地为烷基或芳基，优选C1-Ce烷基或芳基，更优选甲基(Me)或苯基(Ph)。
[0013]在另一个实施方式中，聚倍半硅氧烷具有的甲基数量与R的总数量的比值在0.2至0.8范围内，优选0.3至0.5范围内，和/或具有的苯基数量与R的总数量的比值在0.2至0.8范围内，优选0.5至0.7范围内。此外，光学组合物中羟基(0H)数量与R总数量(对应于重复单元的数量)的比值可以在0.02至0.1范围内。例如，0H与R的比值范围可以在0.035至0.07范围内。
[0014]光学组合物中聚倍半硅氧烷的数均分子量可以在800至1500范围内，优选1000至1200范围内。光学组合物中聚倍半硅氧烷的重均分子量可以在1500至2200范围内，优选1800至2000范围内。聚倍半硅氧烷可以至少部分为梯形结构。
[0015]基于聚倍半硅氧烷和聚硅氧烷的总重量，光学组合物具有的聚倍半硅氧烷的含量可以相当于至少约50%重量，例如至少约80%重量。此外，在本发明的实施方式中，聚倍半硅氧烷与聚硅氧烷的重量比在0.5至9的范围内，优选1至5范围内。
[0016]在本发明的实施方式中，聚硅氧烷可以为硅氧烷树脂。
[0017]在本发明的一个实施方式中，光学组合物包含具有如下粒径的颗粒:小于lOOnm，优选小于70nm,更优选小于50nm,甚至更优选小于30nm。由于透明性,小粒径可能是优选的。在另一个实施方式中，颗粒具有的粒径在50nm至5 μ m或lOOnm至5 μ m范围内，优选lOOnm至lOOOnrn范围内，更优选200nm至500nm范围内。
[0018]在本发明的实施方式中，颗粒可以包含至少一种选自下述的氧化物:Ti02、BaTi03、SrTi03、Zr02、Al203和Si02、及其混合物。可替换地或另外地，颗粒可以包含磷光体颗粒和/或颜料颗粒。
[0019]有利地，光学组合物中的颗粒可以是非表面改性的。由于倍半硅氧烷能够将颗粒稳定地分散在硅氧烷材料中，因此不需要颗粒的表面改性。
[0020]根据本发明的另一个方面，提供了包含本文描述的光学组合物的光学粘结层。
[0021]根据另一个方面，本发明提供一种光学系统，其包含本文所述的光学组合物、第一光学元件和第二光学元件，其中所述第一光学元件通过所述光学组合物光学偶联至所述第二光学元件。该光学系统可以包含例如光学组合物，作为第一光学元件的光电子器件和另一个光学元件，其中所述另一个光学元件通过所述光学组合物光学偶联至所述光电子器件。在一个实施方式中，所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个是优选LED、0LED或激光二极管的固态光源。
[0022]根据本发明的另一个方面，一种制备光学组合物的方法包括步骤:
[0023]a)在溶剂中混合聚倍半硅氧烷与颗粒；
[0024]b)研磨来自步骤a)的混合物，以得到期望的混合物的平均粒径和/或最大粒径；
[0025]c)混合来自步骤b)的混合物与聚硅氧烷；和
[0026]d)任选地除去过量的溶剂。
[0027]—种用于制备如本文所述的光学粘结层的方法可以包括步骤:
[0028]a)提供基材，
[0029]b)将如本文所述的光学组合物应用于基材，
[0030]c)加热基材上的光学组合物，和
[0031]d)固化基材上的光学组合物或让该光学组合物固化。
[0032]根据本发明的另一个方面，一种产生光学系统的方法包括步骤:
[0033]a)提供第一光学元件；
[0034]b)将如本文所述的光学组合物应用于第一光学元件上；
[0035]c)使第二光学元件接触所述光学组合物；和
[0036]d)固化所述光学组合物或让该光学组合物固化。
[0037]第一光学兀件可以是光电子器件。
[0038]根据另一个方面，本发明提供光学组合物作为光学粘合剂的用途。
[0039]根据另一个方面，本发明提供聚倍半硅氧烷用于将颗粒分散在聚硅氧烷材料中的用途，所述聚倍半硅氧烷包括式[R-S1u]的重复单元，其中每个R独立地为氢或(^-(:12烷基、芳基、烯烃、亚芳基、链烯基或烷氧基。
[0040]注意到本发明涉及权利要求书中所列特征的所有可能组合。
[0041]附图简述
[0042]现在参照显示本发明实施方式的所附附图将更详细地描述本发明的这一方面和其它方面。
[0043]图1为显示相对于包含根据本发明的光学组合物的光学粘结层和比较层的层厚度的漫反射图。
[0044]详细说明
[0045]现在，下文中参照附图将更充分地描述本发明，所述附图中显示本发明目前优选的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式具体实施，且不应当看作对本文所阐述的实施方式的限制；相反，提供这些实施方式以使本发明详尽且完整，并且向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。在全文中相同的参考数字是指相同的元件。
[0046]如本文使用的，术语光学组合物是指组合物至少部分地为光透过的，并且其任选地包括一种或多种其他功能，比如散射、波长转换等。
[0047]如本文使用的，术语光学粘结层是指在至少两个光学元件之间提供光学透明连接的层。
[0048]如本文使用的，术语光学粘合剂是指提供光学功能、适于提供为光学元件上或在至少两个光学元件之间的粘合剂的粘合剂材料。
[0049]如本文使用的，术语光学元件包括具有光学功能的任何元件，所述光学功能比如光发射、光透射、波长转换、光重定向(light redirect1n)、反射、散射等。实例包括发光二极管、有机发光二极管、激光二极管和其部件、磷光体元件或层、透镜、平行光管、反射镜、波导管、滤光器等。
[0050]本发明人发现包含改性的聚倍半硅氧烷的组合物可用于提供稳定的颗粒分散体，从而形成具有高折射率且其具有粘合性质的光学组合物。有利地，根据本发明的组合物可用作光学粘合剂。
[0051]根据本发明的光学组合物包含聚倍半硅氧烷(包含式[R-S1u]的重复单元)、任选取代的聚硅氧烷，以及颗粒(通常是纳米颗粒)。“R”可选自:烷基、芳基、烯烃、亚芳基、链稀基、烧氧基和龜!。
[0052]根据本发明，聚倍半硅氧烷能够将小颗粒分散在合适的溶剂中。颗粒可以分散在光学组合物中，而不需要任何其它有机/常规稳定剂。因此，通过使用根据本发明的光学组合物代替常规稳定剂，可以有利地最小化黄变的风险。
[0053]根据本发明的光学组合物可以进一步用作光学粘合剂。用于光学组件的粘合剂应当提供合适折射率的光学透明连接。这样的连接通常暴露于高光通量和可能的高温下。有利的是，根据本发明的光学组合物提供优良的温度稳定性和光稳定性。
[0054]聚倍半硅氧烷为具有经验式R-S1u的倍半硅氧烷单元的聚合物。聚倍半硅氧烷可以完全或部分地具有梯形结构或立方结构。
[0055]倍半硅氧烷具有的热膨胀系数为约115_150ppm/K。其热膨胀系数比光学装置中使用的常规娃氧烧比如 Elastosil (Wacker 提供)和 KJR9226 (Shin Etsu 提供)(250_400ppm/K)相对低。倍半硅氧烷具有的热导率为约lW/mK，其比常规硅氧烷(0.2W/mK)的热导率相对高。进一步地，倍半硅氧烷是高度稳定的材料。
[0056]倍半硅氧烷材料在室温下为固体，但是在约80-120°C的高温下，低分子量倍半硅氧烷软化，初黏(tack)增加。然而，包含聚倍半硅氧烷、聚硅氧烷和纳米颗粒的组合物可在室温下已经是粘性(tacky)的，因为聚硅氧烷在这样的温度下通常是粘性的。
[0057]倍半硅氧烷的折射率通常取决于功能性侧基R。优选地，在本发明中，每个倍半硅氧烷单元的R独立地为烷基或芳基，优选Q-C；烷基或芳基，更优选甲基(Me)或苯基(Ph)。具有甲基作为功能性侧基R的倍半硅氧烷具有约1.39的折射率。具有苯基作为功能性侧基R的倍半硅氧烷具有约1.59的折射率。因此，聚倍半硅氧烷的折射率在某程度上可以通过合适地选择R进行调节。因为一个倍半硅氧烷单元的R基团可以与另一个倍半硅氧烷单元的R基团不同，R的总组成可以包含R的上述定义之内的各种基团。例如，光学组合物的聚倍半硅氧烷可以包含一些其中R为甲基的倍半硅氧烷单元和其中R为苯基的其他倍半硅氧烷单元。甲基数量与R基总数量之间的比值可以在0至1范围内，优选0.2至0.8范围内，更优选0.3至0.5范围内。苯基数量与R基总量之间的比值可以在0至1范围内，优选0.2至0.8范围内，更优选0.5至0.7范围内。因此，根据本发明的光学组合物可以具有特定类型的R基团与R基团总数量(所有类型)的各种比值。
[0058]倍半硅氧烷的折射率的范围可以比常规硅氧烷的折射率范围(1.4-1.56)稍宽些。通过根据本发明实施方式将聚倍半硅氧烷与高折射率纳米颗粒混合，光学组合物的折射率可以是高达1.8或甚至2.0。然而，根据应用，也可以通过合适地选择聚倍半硅氧烷和/或颗粒将折射率调节至较低值。
[0059]本发明中可以使用的包含聚倍半硅氧烷的材料的实例为市售可获得的产品ABCR127719(由ABCR提供)，其具有的苯基数量与R总数量的比值为约0.7，且甲基数量与R总数量的比值为约0.3。本发明中可以使用的包含聚倍半硅氧烷的材料的另一个实例为Silres604 (ffacker)，其具有的苯基数量与R总数量的比值为约0.5，且甲基数量与R总数量的比值为约0.5。
[0060]聚倍半硅氧烷可以进一步包含羟基。羟基(0H)数量与R总数量的比值可以在0.02至0.1范围内。羟基数量与R总数量的比值可以例如在0.035至0.07范围内。在完全笼形结构的聚倍半硅氧烷中，不存在任何残余0H基。在梯形结构和/或部分开放的笼形结构的聚倍半硅氧烷中，通常存在一些0H-基团。一个实例为Silres604(由Wacker提供)，其具有的0H与R的比值在约0.035至约0.07范围内。据信羟基可以负责以主要为范德华力的形式与纳米颗粒相互作用，但也有静电相互作用和/或位阻。
[0061]根据本发明的光学组合物的聚倍半硅氧烷可以具有的数均分子量在800至1500范围内，优选1000至1200范围内。包含Silres604(Wacker)类型的聚倍半硅氧烷的材料的分析显示该聚倍半硅氧烷的数均分子量为约1100。
[0062]此外，根据本发明的光学组合物的聚倍半硅氧烷可以具有的重均分子量在1500至2200范围内，优选1800至2000范围内。包含Silres604 (Wacker)类型的聚倍半硅氧烷的材料的分析显示该聚倍半硅氧烷的重均分子量为约1900。
[0063]聚倍半硅氧烷的重均分子量与数均分子量的比值可以在1.2至2范围内，优选1.4至1.8范围内，更优选约1.6。
[0064]本发明的光学组合物可以进一步包含聚硅氧烷，通常为常规硅氧烷树脂。
[0065]聚硅氧烷为具有经验式R’ 2S1的硅氧烷的聚合物。每个重复单元的R’可以独立地为选自:氣、烧基、稀经基和芳基的有机基团。烧基可以为甲基。稀经基可以为乙稀基。芳基可以为苯基。聚硅氧烷可以为例如硅氧烷树脂。
[0066]通过混合聚倍半硅氧烷和聚硅氧烷，如果聚硅氧烷的含量相对于聚倍半硅氧烷的含量增加，则可以获得光学组合物的柔韧性增加。此外，光学组合物中聚倍半硅氧烷和聚硅氧烷的混合可以提供更成本有效的材料。由于其初黏，聚硅氧烷还提供良好的粘合性质。
[0067]根据本发明的光学组合物中聚倍半硅氧烷与聚硅氧烷的比值可以在0.5至9范围内，优选1至5范围内变化。如果聚倍半硅氧烷与聚硅氧烷的比值大于9，则存在光学组合物用于一些应用时可能变得太脆的风险。另一方面，如果该比值太小，小于0.5，则存在颗粒不能充分地分散在光学组合物中的风险。
[0068]颗粒定义为小物体，其可以根据其运输和性质起整个单元的作用。本发明的光学组合物的颗粒可以具有的平均粒径在lnm直至10 μ m范围内，优选lnm至2μηι范围内。在本发明的某些实施方式中，颗粒可以为纳米颗粒。根据粒径或平均粒径，纳米颗粒可以具有的尺寸在约lnm至小于1 μ m范围内，通常为lnm至500nm。
[0069]在本发明的实施方式中，颗粒可以包含至少一种氧化物。所述氧化物可以选自:Ti02、BaTi03、SrTi03、Zr02、Al203和Si02。优选的纳米颗粒为SrTi03。氧化物颗粒可以有利地为具有如下平均粒径的纳米颗粒:100nm或更小，优选70nm或更小,更优选50nm或更小，甚至更优选30nm或更小。使用小颗粒的优点是透明性。通过混合聚倍半硅氧烷、聚硅氧烷和所述氧化物颗粒，可以获得具有合适的折射率的透明的、更强热导性和热稳定的光学组合物。特别地，通过使用包含至少一种选自:Ti02、BaTi03、SrTi03、Zr0dP A1203的氧化物的纳米颗粒，可以获得透明的、高折射率和热稳定的光学组合物。
[0070]在可替代的实施方式中，颗粒可以包括磷颗粒和/或颜料颗粒。磷颗粒和/或颜料颗粒可以具有的平均粒径在lOOnm至20 μ m,通常为lOOnm至1 μ m,比如200nm至500nm的范围内。
[0071]通过混合聚倍半硅氧烷、聚硅氧烷和包含相对大粒径(通常为微米粒径)的磷颗粒的纳米颗粒与根据本发明的光学组合物，可以获得高折射率散射涂层和具有改善的导热性的发光层。
[0072]通过混合聚倍半硅氧烷、聚硅氧烷和包含粒径通常在200至400nm范围内的颜料颗粒的纳米颗粒与根据本发明的光学组合物，可以获得稳定的有色材料，例如白色反光材料。
[0073]在某些实施方式中，光学组合物的颗粒可以包含氧化物颗粒、磷颗粒、颜料颗粒的一种或多种。所述颗粒可以任选地为纳米颗粒。
[0074]根据本发明，颗粒优选地为未表面改性的。表述“未表面改性的”是指所述颗粒不具有化学改性的表面，例如为了稳定分散体中的颗粒。值得注意地，本发明中使用的颗粒通常没有有机的表面改性。“有机的表面改性”不包括例如来源于例如挥发性烃的可除去污染物。在本发明的某些实施方式中，有利地不使用包括羧酸类、膦酸类、烷氧硅烷或其组合的表面修饰剂，因为它们可提高组合物的有机物含量，这可导致黄变风险增加。
[0075]根据本发明，颗粒优选地被聚倍半硅氧烷AB127719(ABCR)或Silres604 (Wacker)分散在溶剂中。合适的溶剂的实例包括乙酸丁酯。
[0076]为了制备根据本发明的光学组合物，颗粒可以与聚倍半硅氧烷和溶剂混合。在混合之后，可以除去溶剂。因此，颗粒基本上仅仅分散在聚倍半硅氧烷中，其中颗粒可以与聚倍半硅氧烷仅通过弱的键合力相互作用。根据本发明的颗粒通常没有通过任何表面改性剂(其共价连接于颗粒)或通过已知具有强相互作用的基团(比如羧酸盐、磷酸盐或硫酸盐)进行表面改性。
[0077]通过将纳米颗粒掺入光学组合物中，可以获得插座效率增加。插座效率，也称为辐射效率，是系统采用其将电功率转化成光功率的能量转换效率。其定义为辐射通量(即总的光输出功率)与输入电功率的比值。
[0078]光学粘结层可以由根据本发明的光学组合物形成。该光学粘结层可以是相对厚的、无裂纹的且透明的。光学粘结层可以任选地用于连接两个光学元件。光学粘结层也可以构成光学装置的外层，比如圆盖(dome)或其它保护结构或包封结构，所述光学装置比如光电子器件，例如基于固态光源的光发射排列。
[0079]光学系统可以包含光学组合物和至少一种光学元件。光学组合物可以被布置为直接物理接触至少一个光学元件。在本发明的实施方式中，光学系统可以包含光学组合物、第一光学元件和第二光学元件，其中所述第一光学元件通过根据本发明实施方式的光学组合物光学偶联至所述第二光学元件。第一光学元件和/或第二光学元件可以为光电子器件或形成光电子器件的部分。光电子器件可以为固态基发光器件，例如LED、0LED或激光二极管。
[0080]有利地，根据本发明的光学组合物可以显示在450nm下1.78的折射率(或至少等于氧化铝的折射率)，这是为避免光学系统中光损失所必需的，其中高折射率透明材料比如多晶氧化铝的蓝宝石用于LED组件的热管理。
[0081]上述光学组合物可以通过如下制备:a)混合聚倍半硅氧烷和颗粒与溶剂，其中所述颗粒可以是聚集的或团聚的，并且粒径为约100-5000nm，
[0082]b)研磨来自步骤a)的混合物，得到该混合物的期望平均粒径，优选小于lOOnm，
[0083]c)任选地混合来自步骤b)的混合物与聚硅氧烷，和
[0084]d)任选地除去过量的溶剂。
[0085]用于制备光学组合物的上述步骤可以在室温下进行。在减压下，在稍高的温度下，可以除去过量的溶剂。稍高的温度可以加速该过程。
[0086]优选地，将可以包含在基于聚倍半娃氧烧的材料比如Silres604(Wacker)和AB127719(ABCR)中的聚倍半硅氧烷，与所选择的颗粒和溶剂混合，所述选择的颗粒优选包含氧化物、磷和/或颜料，所述溶剂比如乙酸丁酯。
[0087]溶剂可以为与聚倍半硅氧烷和聚硅氧烷都相容的任何常规溶剂，并且其可以在减压下除去而不需要高得多的温度。可以使用研磨装置例如氧化锆研磨球、ZrSi04W磨球、A1203研磨球、在棍式传送机上的氧化错珠粒或珠粒研磨机(Dispermat ；Netzsch)研磨混合聚倍半硅氧烷、颗粒和溶剂得到的混合物。研磨的目的是为了达到期望的平均粒径。混合和研磨聚倍半硅氧烷、纳米颗粒和溶剂得到的研磨混合物可以与聚硅氧烷进一步混合。聚硅氧烷可以是如上所述的硅氧烷树脂。
[0088]除去过量溶剂可以在常压或减压下进行。除去过量溶剂有助于增加组合物的粘度，使其适于分配。而且在后续阶段中，可以通过使组合物蒸发除去溶剂。
[0089]一种用于制备根据本发明的实施方式的光学粘结层的方法可以包括步骤:
[0090]a)提供基材；
[0091]b)将光学组合物分配在基材上；
[0092]c)加热基材上的光学组合物；和
[0093]d)固化基材上的光学组合物或让该光学组合物固化。
[0094]基材可以是光学系统的任何元件例如玻璃基材，光学元件比如透镜、波导管等，或光电子器件或其部件，比如固态光源例如LED、0LED或激光二极管。
[0095]光学组合物可以经由任何合适的常规方法比如旋涂或刮涂分配在基材上，从而优选地在基材上形成光学组合物层。旋涂通常用于具有低粘度的组合物。光学组合物的层厚度可以在1 μ m至1000 μ m范围内，优选10 μ m至200 μ m范围内，更优选10 μ m至100 μ m范围内。通过使用旋涂，层厚度通常在10 μ m至30 μ m范围内。通过使用刮涂，层厚度通常可以在50 μ m至150 μ m范围内，优选80 μ m至120 μ m范围内，更优选约100 μ m。光学组合物的层厚优选在整个基材区域是均匀的。
[0096]另一个光学元件可以布置在所分配的光学组合物层顶部。另一个光学元件可以是例如透镜、波导管等，或光电子器件或其部件，比如固态光源，例如LED、0LED或激光二极管。因此，可以形成光学系统。
[0097]为了使光学组合物稳固地连接基材，优选将所述分配的光学组合物加热至在80°C至120°C范围内的温度；然而，该温度也可以甚至高于120°C。温度升高增加了光学组合物(特别是聚倍半硅氧烷)的初黏，从而增强光学组合物与基材的连接。加热也有助于除去过量的溶剂。
[0098]包含分配在基材上的光学组合物的光学粘结层可以被固化。光学组合物可以通过缩聚、催化或紫外线照射来固化。聚硅氧烷可以是热固化系统，其需要通常加热至80°C至120°C范围内、或甚至更高的温度。根据使用的材料，可以优选缩聚固化或催化固化。聚倍半硅氧烷可以缩聚固化。固化使聚倍半硅氧烷和任选地也使聚硅氧烷形成网状结构。如果在光学组合物中使用单独的聚倍半硅氧烷与纳米颗粒，即不加入聚硅氧烷，则通过固化获得的聚倍半硅氧烷网状结构可能倾向于相对脆性。聚倍半硅氧烷和聚硅氧烷与纳米颗粒的混合物可改善固化获得的网状结构的柔韧性。所述柔韧性允许制备相对厚且无裂纹的层。
[0099]在加热和固化之前，聚倍半硅氧烷具有相对低的分子量。
[0100]因此，根据本发明的实施方式的光学组合物可以用作光学系统中的光学粘合剂或光学粘结层或包封剂，以光学耦合来自一个光学元件的光与来自另一个光学元件的光或外耦合来自光学器件的光。光学粘合可以是透明的或半透明的，并且允许光从第一个光学元件传递通过光学组合物和任选地传递到第二个光学元件，同时避免或降低光损失。光耦合可以是透明的或半透明的，并且允许光从第二个光学元件传递通过光学组合物和第一个光学元件，且避免了光损失。
[0101]实施例1A:用于制备光学组合物A的纳米颗粒稳定化
[0102]在样品容器中，将3g包含氧化物Ti02的纳米颗粒、3g基于倍半硅氧烷的材料(silres604，Wacker提供；或AB127719，ABCR提供)和8g的乙酸丁酯混合。
[0103]此后，使用氧化锆研磨球机研磨该混合物。在研磨之后，使用动态光散射测得粒径为56nm。相关函数指示为稳定的分散体。
[0104]实施例1B:用于制备光学组合物B的纳米颗粒稳定化
[0105]在样品容器中，将6g包含氧化物SrTi03的纳米颗粒、3g基于倍半硅氧烷的材料(Silres604 ;Wacker，或 AB127719)和 16g 的溶剂(乙酸丁酯)混合。
[0106]此后，使用氧化锆研磨球机研磨该混合物。在研磨之后，使用动态光散射测得粒径为68nm。相关函数指示为稳定的分散体。
[0107]实施例2:光学粘结层的制备和评价
[0108]首先，分别制备包含上述光学组合物的光学粘结层液体。为了制备该液体，按照类似于实施例la和lb中描述的方式制备基于倍半娃氧烧的材料(Silres604 ;Wacker)、溶剂(乙酸丁酯)和纳米颗粒(分别为Ti02或SrTi03)。选择纳米颗粒基质比例，如在450nm下得到1.75的折射率(通过UV/Vis光谱椭率计测得)。
[0109]此后，该混合物进一步与甲基/基于苯基的娃氧烧树脂(X45/717 ；Shin Etsu)混合。在减压下除去过量的溶剂(乙酸丁酯)。
[0110]其次，提供玻璃基材。在每个基材上，分配各自的光学粘结层液体层。通过常规旋涂或刮涂施加各种层厚度。
[0111]此后，接着固化各层；根据用于硅氧烷树脂(X45/717 ；Shin Etsu)的固化曲线的建议，进行聚倍半硅氧烷的缩聚固化和通过热处理活化的催化固化。所得基于倍半硅氧烷的材料(Silres604 ;Wacker)和基于甲基/苯基的硅氧烷树脂(X45/717 ;Shin Etsu)的厚(100 μ m)的刮涂层是完全透明的，并且在基于倍半硅氧烷的材料与硅氧烷树脂的比例低于9时显示没有裂纹。将根据本发明的实施方式制备的层(“在X45/silres中的SrTi03”和“在X45/silres中的HTTi”)的漫反射与由分散在水中的金红石Ti02和聚乙烯吡咯烷酮(“在pvp中的WJWR”)形成的粘结层的漫反射进行比较。结果显示在图1中。对于层厚度为5μπι的包含1102颗粒的层，所制备的光学粘结层(包含根据本发明的实施方式的光学组合物)显示出低漫反射(2%)。对于层厚度为5μπι的包括31*1103颗粒的层，所制备的包括光学组合物的光学粘结层也显示出低漫反射(7%;值在图中没有显示)。即使SrTi03颗粒显示出比Ti02颗粒更高的漫反射，由于包含Ti02颗粒的层可能显示出黄变颜色，则SrTi03颗粒有时可能是优选的。
[0112]实施例3.包括连接至LED的光学组合物的高指数圆盖(dome)的光学系统的制备及其评价
[0113]在该实施例中，提供LED作为光学元件。如实施例2所述制备包含光学组合物的光学粘结层液体，此后将其分配在LED的发光侧上。
[0114]除了针对颗粒的部分外，还以类似于实施例2中制备的方法制备了不含颗粒的另一种光学粘结层液体，此后将其分配在作为对照的另一个LED的发光侧上。
[0115]从两个光学粘结层除去残留溶剂，之后将LED加热至80-120°C的高温。接着，将包含颗粒的光学粘结层液体的高指数玻璃圆盖和不包含颗粒的光学粘结层液体应用于与光学粘结层接触的每个LED上。
[0116]当通过每个圆盖观察时，包含颗粒的光学系统的LED表观面积大于不包含颗粒的光学系统。该结果指示由于颗粒良好地分散在光学组合物中，包含颗粒的光学系统的折射率较高。使用积分球定量插座效率的增加。发现无颗粒系统的插座效率为1.20。发现包含颗粒的系统的插座效率高达1.26。因此，插座效率增加5%。
[0117]本领域技术人员认识到本发明决不限于上述优选的实施方式。相反，许多改性和变化可能都在附加权利要求书的范围内。
[0118]另外，通过研究附图、公开内容和附加权利要求书，实施所主张的发明的本领域技术人员可以理解所公开实施方式的变化且受其影响。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其它要素或步骤，不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举的某些测量的仅存事实并不表示不能使用这些测量的组合来突出优点。
【权利要求】
1.光学组合物，其包含: -聚倍半硅氧烷，其包含式[R-S11J的重复单元 其中每个R独立地为氢或C1-C12烷基、芳基、烯烃基、亚芳基、链烯基或烷氧基； -任选取代的聚娃氧烧；和 -分散在所述聚硅氧烷中的颗粒。
2.根据权利要求1的光学组合物，其中所述聚倍半硅氧烷稳定所述光学组合物中的颗粒。
3.根据权利要求1的光学组合物，其中R为C1-C12烷基或芳基。
4.根据权利要求3的光学组合物，其中所述聚倍半硅氧烷具有的甲基数量与R的总数量的比值为0.2至0.8，和/或具有的苯基数量与R的总数量的比值为0.2至0.8。
5.根据权利要求1的光学组合物，其中所述聚硅氧烷为硅氧烷树脂。
6.根据权利要求1的光学组合物，其中聚倍半硅氧烷与聚硅氧烷的比值为0.5至9。
7.根据权利要求1的光学组合物，其中所述颗粒具有小于10nm的粒径。
8.根据权利要求1的光学组合物，其中所述颗粒具有10nm至5μπι的粒径。
9.根据权利要求1的光学组合物，其中所述颗粒包含至少一种选自下述的氧化物:T12, BaT13^ SrT13> ZrO2^Al2O3 和 S12、及其混合物。
10.根据权利要求1的光学组合物，其中所述颗粒包含磷颗粒。
11.光学粘结层，其包含根据权利要求1的光学组合物。
12.光学系统，其包含根据权利要求1的光学组合物、第一光学元件和第二光学元件，其中所述第一光学元件通过所述光学组合物光学偶联至所述第二光学元件。
13.根据权利要求12的光学系统，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件中的至少一个是优选LED、OLED或激光二极管的固态光源。
14.一种用于制备根据权利要求1的光学组合物的方法，所述方法包括步骤: a)在溶剂中混合聚倍半硅氧烷与颗粒； b)研磨来自步骤a)的混合物，以得到期望的混合物的平均粒径和/或最大粒径； c)混合来自步骤b)的混合物与聚硅氧烷；和 d)任选地除去过量的溶剂。
15.一种用于生产根据权利要求12的光学系统的方法，所述方法包括步骤: a)提供第一光学兀件； b)将根据权利要求1的光学组合物或根据权利要求20制备的光学组合物应用于所述第一光学元件上； c)使第二光学元件接触所述光学组合物；和 d)固化所述光学组合物或让所述光学组合物固化。
16.根据权利要求1的光学组合物作为光学粘结剂的用途。
17.包含式[R-S11J的重复单元的聚倍半硅氧烷用于将颗粒分散在聚硅氧烷材料中的用途，其中每个R独立地为氢或C1-C12烷基、芳基、烯烃基、亚芳基、链烯基或烷氧基。
【文档编号】G02B1/04GK104364338SQ201380031321
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月10日 优先权日:2012年6月14日
【发明者】M·R·博默, H·J·B·贾格特, A·W·M·迪拉特 申请人:皇家飞利浦有限公司