CN102169946A - 一种led照明装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于照明装置领域，公开了一种LED照明装置，包括LED芯片、壳体，还包括透光板，所述透光板固定连接于壳体上并形成可容置LED芯片的容置腔，所述LED芯片设置于容置腔内，所述透光板内设有荧光粉层。本发明还公开了一种上述LED照明装置的制造方法，包括以下步骤：(a)在透明的第一基板上涂覆一荧光粉层；(b)在所述第一基板上涂覆的荧光粉层上放置第二基板；(c)通过加热的方式使所述第一基板及第二基板软化并与所述荧光粉层形成透光板。本发明提供的一种LED照明装置，其产品一致性及照明效果好，产品寿命长；本发明提供的一种上述LED照明装置的制造方法，其工序简易，产品质量高。

Description

一种LED照明装置及其制造方法

技术领域

本发明属于照明装置领域，尤其涉及一种LED照明装置及其制造方法。

背景技术

由于发光二极管(LED)具有寿命长、能耗低、启动快等优异特点，LED照明装置已广泛应用于信号灯、汽车灯、大屏幕显示及照明等领域。目前，常用的LED照明装置为采用LED芯片与荧光粉组合来获取白光。典型的LED照明装置的制造方法为在LED芯片焊线后，向LED芯片的表面涂覆荧光粉胶，再将荧光粉胶烘烤至固化。这种制造方法是目前LED照明装置广泛采用的一种制造方法，LED照明装置的发光效率可达到80lm/W。但是，现有技术中所使用的LED照明装置及其制造方法仍然存在着一系列的问题：第一，荧光粉紧贴于LED芯片上，荧光粉的工作温度较高，从而使荧光粉和有机封装材料在长时间高温条件和光辐照下会发生老化，导致LED照明装置的光衰，产品寿命短；第二，封装过程中荧光粉难以涂覆均匀，导致器件发光的一致性不好，并且容易产生光圈现象；第三，LED芯片在较小面积上的发光强度大，但是荧光粉胶涂覆的面积小，从而导致眩光严重。而且，现有技术中LED照明装置制造工序繁多，各种胶水的烘烤过程较长，导致成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种LED照明装置，其产品一致性好，产品照明效果好，产品寿命长。

本发明的技术方案是：一种LED照明装置，包括LED芯片、壳体，还包括透光板，所述透光板固定连接于所述壳体上并形成可容置所述LED芯片的容置腔，所述LED芯片设置于所述容置腔内，所述透光板内设有荧光粉层。

具体地，所述透光板包括透明的第一基板和第二基板，所述荧光粉层设于所述第一基板与第二基板之间。

更具体地，所述透光板包括出光面和入光面，所述透光板的入光面朝向所述LED芯片，所述透光板的出光面设有若干成实体柱状的光子晶体部。

更具体地，所述壳体包括反光杯和基座，所述反光杯和基座之间固定连接，所述LED芯片固设于所述基座上。

优选地，所述荧光粉层的厚度小于80μm。

本发明还提供了一种上述LED照明装置的制造方法，其工序简易，生产成本低，产品质量高。

其制造方法，包括以下步骤：

(a)在透明的第一基板上涂覆一荧光粉层；

(b)在所述第一基板上涂覆的荧光粉层上放置第二基板，使所述荧光粉层被夹设于所述第一基板及第二基板之间；

(c)通过加热的方式使所述第一基板及第二基板软化并与所述荧光粉层形成一体材料，所述一体材料经冷却固化后形成透光板；

(d)将LED芯片固定设于所述LED照明装置的壳体内；

(e)将所述透光板固定连接于所述壳体上。

优选地，所述LED芯片发光的波长范围为420nm至490nm。

进一步地，步骤(d)之后还包括：在所述透光板的出光面加工形成若干实体柱状的光子晶体部。

具体地，所述在所述透光板的出光面加工形成若干实体柱状的光子晶体部的步骤具体为：

(1)在所述透光板的出光面均匀涂覆一层光刻胶，并按照光子晶体部的区域制作掩模板；

(2)将所述掩模板置于光刻胶上，采用曝光机对光刻胶曝光，以将光子晶体部区域以外的区域的光刻胶进行曝光；

(3)采用显影液将已曝光的光刻胶去除；

(4)采用反应离子刻蚀的方式或感应耦合等离子体刻蚀的方式将光子晶体部以外的区域刻蚀出若干凹穴；

(5)完成刻蚀后将剩余的光刻胶去除。

优选地，所述基板的软化温度小于800℃，所述基板的厚度小于3mm，所述荧光粉层的厚度小于80μm。

本发明提供的一种LED照明装置，其产品一致性好及照明效果好，荧光粉离所述LED芯片距离远，可使荧光粉的工作温度降低，从而延长产品的寿命；本发明提供的一种上述LED照明装置的制造方法，其工序简易，生产成本低，通过将荧光粉设于所述透光板内部，提高了产品的可靠性及照明效果，产品质量高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种LED照明装置的产品剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的一种LED照明装置的制造方法的涂胶步骤的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种LED照明装置的制造方法的显影步骤的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种LED照明装置的制造方法的刻蚀步骤的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种LED照明装置的制造方法的去胶步骤的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种LED照明装置的包括两块第二基板的透光板的示意图；

图7是图1中D处的局部放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明实施例提供的一种LED照明装置，包括LED芯片100、壳体200，还包括透光板300，所述透光板300固定连接于所述壳体200上并形成可容置所述LED芯片100的容置腔，所述LED芯片100固定设置于上述容置腔内，所述透光板300内设有荧光粉层330，通过这样的设计，荧光粉可均匀分布于第一基板310和第二基板320之间且与LED芯片100距离较远，产品发光的一致性好，还可使荧光粉的工作温度降低，以防止荧光粉老化，避免产品产生光衰、眩光及光圈等不良现象，提高了产品的使用寿命。

具体地，所述透光板300包括透明的第一基板310和第二基板320，所述荧光粉层330设于所述第一基板310与第二基板320之间，防止荧光粉层330脱落，产品的可靠性佳。

更具体地，如图1和图7所示，所述透光板300包括出光面和入光面，透光板300的入光面朝向LED芯片100，透光板300的出光面凸设有若干成实体柱状的光子晶体部311，由于透光板300的折射率n₁大于空气的折射率n₀，当光线从透光板300射出时，光线将由光密介质射入光疏介质，根据斯涅尔定律会形成一个临界角θ＝arcsin(n₀/n₁)，入射角度大于临界角θ的光线由于受到全反射的作用而被透光板300反射至壳体200内，使光线被禁锢于容置腔内部，光能损失较大，降低了产品取光效率，通过设置若干均匀分布且成实体柱状的光子晶体部311，可提高产品的取光效率，在透光板300上通过光刻及刻蚀等微加工工艺而形成若干均匀分布的凹穴312，从而得到若干均匀分布且成实体柱状的光子晶体部311。参考图7所示，当两束相互平行的光线分别射至光子晶体部311的侧面及凹穴312的底面，射至凹穴312的底面的光线的入射角为A，A大于临界角θ，光线将无法折射，被透光板300反射回来，导致光能损失；而射至光子晶体部311的侧面的光线的入射角为B，光子晶体部311的侧面垂直于凹穴312的底面，A加B的值为90°，此时B小于临界角θ，光线得以折射而射出透光板300外部，光子晶体部311作为一种在光学尺度上具有周期性折射率变化的介电结构，可改变相对透光板300平面入射角度大于临界角θ的出射光线的横向波矢，以修正出射光线的入射角度以使其小于临界角θ，从而改善了现有技术中光线发生全反射而导致取光效率低的技术问题。光子晶体部311的形状可为圆柱形、椭圆柱形、多边柱形等合适形状，以使透光板300具有良好的光萃取特性。

更具体地，如图1所示，所述壳体200包括反光杯220和基座210，反光杯220和基座210之间固定连接，所述LED芯片100固设于基座210上，反光杯220内壁涂覆有反光材料，可进一步提高产品的取光效率。

优选地，所述LED芯片100发光的波长范围为420nm至490nm，且LED芯片100为蓝光LED芯片，所述荧光粉层330采用可与所述蓝光LED芯片所发出的蓝光复合而形成白色光的荧光粉材料，具体为可采用红色、绿色、黄色荧光粉中的一种或两种或三种，以与蓝光LED芯片所发出的蓝光复合得到亮度较高的白光，提高产品的照明亮度。

具体地，如图1和图6所示，所述荧光粉层的厚度小于80μm，以保证产品的照明效果。

本发明实施例提供的另一技术方案为：一种上述LED照明装置的制造方法，包括以下步骤：

(a)在透明的第一基板310上涂覆一荧光粉层330，荧光粉选用市售商业YAG:Ce体系的荧光粉，荧光粉通过丝网印刷或沉降或喷涂的方式涂覆于第一基板310上，荧光粉层330的厚度控制在80μm内，优选地，本实施例中采用丝网印刷的方式在第一基板310上涂覆一层厚度约为30μm的荧光粉层330，以提高生产效率；

(b)在所述第一基板310上涂覆的荧光粉层330上放置第二基板320，使所述荧光粉层330被夹设于所述第一基板310及第二基板320之间，再将第一基板310和第二基板320放置于一平面金属板上，在第一基板310和和第二基板320四周放置可调节透光板300高度的阻隔物，然后在第一基板310的上方放置一重物，阻隔物的作用在于防止第一基板310和和第二基板320变形，还可保证透光板300中的第一基板310和和第二基板320在被加热软化且在承受重物的压力的条件下的最终厚度；

(c)通过加热的方式使所述第一基板310及第二基板320软化并与所述荧光粉层330形成一体材料，所述一体材料经冷却固化后形成透光板300，具体操作时，将夹有荧光粉层330的第一基板310和第二基板320、平面金属板、阻隔物及重物一起小心的放入到高温电炉中，加热到530℃，保温90分钟，使第一基板310和第二基板320软化，在重物的压力作用下，荧光粉层330上下的第一基板310和第二基板320结合在一起，荧光粉层330分布于透光板300之间；

(d)将LED芯片100固定设于所述LED照明装置的壳体200内，并将LED芯片100的引脚焊接好，LED芯片100的设置数量可为一个或多个；

(e)将所述透光板300固定连接于所述壳体200上。

另外地，还可以在上述步骤(d)与步骤(e)之间增加涂覆步骤，以及在步骤(e)之后增加固化步骤。涂覆步骤为将有机透明的封装材料500涂覆于所述LED芯片100上，优选地，本实施例中封装材料500选用硅树脂，另外地，也可采用环氧树脂、硅胶、丙烯酸树脂、热塑性材料或聚氨酯材料等合适材料中的一种作为封装材料500；

固化步骤为将封装步骤得到的半成品移入烤箱，在100℃至130℃下保温1至4小时，以进行预固化，然后于140℃至170℃下保温1至8小时进行最终固化，以完成产品的封装。优选地，本实施例将半成品移入烤箱后在120℃保温2小时，以使硅树脂预固化，然后在160℃下保温2小时，以使硅树脂完全固化，从而得到可靠的LED照明装置。

另外地，所述透光板300的制造方法还包括后加工步骤，以将透光板300进行切割、打磨、抛光至合适的使用形状。制造方法工序简易，生产成本低，产品质量高。

另外地，如图6所示，也可以采用多块涂覆有荧光粉层330的第二基板320进行堆叠，以将荧光粉层330设于第一基板310和第二基板320，通过加热使第一基板310和第二基板320软化，再将第一基板310和第二基板320冷却固化便可得到具有多层荧光粉层330且为一体复合材料的透光板300。

优选地，所述LED芯片100发光的波长范围为420nm至490nm，所述第一基板310和第二基板320采用玻璃制造，具体地，可采用玻璃陶瓷、发光玻璃、微晶玻璃等可用于LED照明装置封装的固体材料，只要其软化温度小于800℃即可，本实施例中，采用组份为钠硼硅体系的玻璃，其软化温度小于600℃，以提高生产效率。

第一基板310和第二基板320的制备步骤如下：首先按照选定的玻璃配方组成称取玻璃原料并将原料熔融、然后将熔料快速倒出，制备成玻璃，再将玻璃打磨、抛光成平板状，将其厚度控制在3mm以内，优选地，将玻璃的厚度控制在1mm内，以提高照明效果。本实施例将玻璃的厚度加工至0.5mm，长宽尺寸均加工至3cm。

如图1和图5所示，所述透光板300包括出光面及入光面，所述透光板300的入光面朝向所述LED芯片100，进一步地，步骤(d)之后还包括：在所述透光板300的出光面加工形成若干实体柱状的光子晶体部311，以改善现有技术中光线会发生全反射而导致取光效率低的技术问题。所述在所述透光板300的出光面加工形成若干实体柱状的光子晶体部311的步骤具体为：

(1)在透光板300的出光面均匀涂覆一层光刻胶400并按照光子晶体部311的区域制作掩模板(参考图2所示)；

(2)将掩模板置于光刻胶400上，采用曝光机对光刻胶400曝光，以将光子晶体部311以外的区域的光刻胶400进行曝光，以划分光子晶体部311的区域与需去除材料的区域，具体地，可以采用紫外线曝光、激光干涉光刻、电子束曝光、离子束曝光等各种曝光方式对光刻胶400进行曝光，优选地，本实施例通过使用紫外曝光机产生紫外线对光刻胶400进行曝光；

(3)采用显影液将已曝光的光刻胶400去除，此时光子晶体部311的区域上覆盖着光刻胶400，以保护此部分区域不被刻蚀(参考图3所示)；

(4)采用反应离子刻蚀的方式或感应耦合等离子体刻蚀(ICP)的方式将光子晶体部311以外的区域刻蚀出若干凹穴312(参考图4所示)，便形成了若干成凸起状的光子晶体部311，凹穴312的深度及宽度的尺寸在数十纳米至数百微米之间，凹穴312及光子晶体部311的尺寸均十分细小，通过使用刻蚀的加工方法对细微的结构进行加工，使加工表面整齐且加工表面质量高，有利于提高产品的发光效率；

(5)完成刻蚀后将剩余的光刻胶400去除，便可得到具有光子晶体部311的透光板300(参考图5所示)。

优选地，所述第一基板310和第二基板320的软化温度小于800℃，所述第一基板310和第二基板320的厚度小于3mm，以提高生产效率。

本发明实施例所提供的技术方案以光子晶体的概念为物理基础，以光刻和刻蚀等微加工技术为实施手段，公开了一种LED照明装置的制造方法，其包括将玻璃与荧光粉复合的发光材料的制备方法及材料表面结构化的方法，提高了产品的出光效率。这种结构不仅适用于这种新型玻璃和荧光粉复合发光材料上，还适用于其它例如玻璃陶瓷、发光玻璃、微晶玻璃等可用于LED照明装置封装的固体材料上，完全避免了各种微加工手段对发光材料和半导体芯片引入的损伤，在不影响LED照明装置各部分的发光特性、防老化特性和防眩光的特性的前提下，克服现有技术中材料取光效率低的技术问题，使其具有良好的光取出特性，通过玻璃-荧光粉复合发光材料表面光子晶体结构的设置，修正了半导体芯片以及玻璃-荧光粉复合材料产生的光的角度，破坏原本存在于透光板300和空气之间的全反射，使更多光线落在临界角θ之内，克服现有技术中透光板300的取光效率低的技术问题，从而使封装后的LED照明装置的发光亮度更大。本发明实例所提供的一种LED照明装置的制造方法，其封装工艺简便、产品性能可靠、产品一致性好，且明显地改善了产品的取光效率，这种方法在LED照明领域有广阔的应用前景和巨大的投资价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED照明装置，包括LED芯片、壳体，其特征在于：还包括透光板，所述透光板固定连接于所述壳体上并形成可容置所述LED芯片的容置腔，所述LED芯片设置于所述容置腔内，所述透光板内设有荧光粉层。

2.如权利要求1所述的一种LED照明装置，其特征在于：所述透光板包括透明的第一基板和第二基板，所述荧光粉层设于所述第一基板与第二基板之间。

3.如权利要求1或2所述的一种LED照明装置，其特征在于：所述透光板包括出光面和入光面，所述透光板的入光面朝向所述LED芯片，所述透光板的出光面设有若干成实体柱状的光子晶体部。

4.如权利要求1所述的一种LED照明装置，其特征在于：所述壳体包括反光杯和基座，所述反光杯和基座之间固定连接，所述LED芯片固设于所述基座上。

5.如权利要求1所述的一种LED照明装置，其特征在于：所述荧光粉层的厚度小于80μm。

6.一种如权利要求1所述LED照明装置的制造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(a)在透明的第一基板上涂覆一荧光粉层；

(b)在所述第一基板上涂覆的荧光粉层上放置第二基板，使所述荧光粉层被夹设于所述第一基板及第二基板之间；

(c)通过加热的方式使所述第一基板及第二基板软化并与所述荧光粉层形成一体材料，所述一体材料经冷却固化后形成透光板；

(d)将LED芯片固定设于所述LED照明装置的壳体内；

(e)将所述透光板固定连接于所述壳体上。

7.如权利要求6所述的一种LED照明装置的制造方法，其特征在于：所述LED芯片发光的波长范围为420nm至490nm。

8.如权利要求6所述的一种LED照明装置的制造方法，其特征在于：步骤(d)之后还包括：在所述透光板的出光面加工形成若干实体柱状的光子晶体部。

9.如权利要求8所述的一种LED照明装置的制造方法，其特征在于：所述在所述透光板的出光面加工形成若干实体柱状的光子晶体部的步骤具体为：

(1)在所述透光板的出光面均匀涂覆一层光刻胶，并按照光子晶体部的区域制作掩模板；

(2)将所述掩模板置于光刻胶上，采用曝光机对光刻胶曝光，以将光子晶体部区域以外的区域的光刻胶进行曝光；

(3)采用显影液将已曝光的光刻胶去除；

(4)采用反应离子刻蚀的方式或感应耦合等离子体刻蚀的方式将光子晶体部以外的区域刻蚀出若干凹穴；

(5)完成刻蚀后将剩余的光刻胶去除。

10.如权利要求6至9中任一项所述的一种LED照明装置的制造方法，其特征在于：所述第一基板和第二基板的软化温度小于800℃，所述第一基板和第二基板的厚度小于3mm。

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