CN102449761A - 涂覆聚硅氧烷的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
聚硅氧烷涂覆的发光二极管及制造该聚硅氧烷涂覆的发光二极管的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年4月22日提交的临时专利申请61/214,323的权益，此处通过参考结合引入。
发明领域
本发明涉及发光二极管。
发明的背景技术
发光二极管，也称为LED，是一种电光源。LED具有许多众所周知的超过传统光源的优点，包括小尺寸、长寿命、低能耗和高效率(通过测量每单位输入功率的光输出)。典型的LED的平均寿命估计为大约100000小时。为了保护LED的电路和电子元件具有该耐久性，其暴露于外力是需关键考虑的因素。但是，直到现在也没有为具有众所周知的优点和参数性能的LED提供一种能有效地改变或解决与LED暴露于环境(如湿气)下的问题的方案。
发明内容
本发明涉及一种涂覆的发光二极管以及制造该涂覆的发光二极管的方法。
根据本发明的制造涂覆的发光二极管的方法包括提供一种具有表面的发光二极管，并用包括聚硅氧烷(silicone)的液体涂料组合物喷涂该发光二极管的该表面。
根据本发明的涂覆的发光二极管具有涂覆的表面，以及该涂覆的发光二极管的涂层包括聚硅氧烷。
本发明的更进一步的适用的范围将从此后详细的描述中变得显而易见。应当能够理解的是，详细的描述和具体的实施例尽管示出了本发明的优选实施方案，其仅仅是为了示例的目的，而不是想要限定本发明的范围。
具体实施方式
下面对实施方案的详细描述实质上仅仅是示例性的，并没有想要限制本发明、它的应用或用途。
本发明涉及一种涂覆的发光二极管，以及制造该涂覆的LED的方法。本发明的涂覆的发光二极管在最小化LED的黄化和流明输出损耗的同时，为与湿气管理相关的问题提供了解决办法。
根据本发明，被施加于LED的涂层作为对LED的保护阻挡层。作为阻挡层，该涂层减轻或阻止湿气，因此减小或消除了由于湿气或其它退化因素导致的LED的退化。涂层在已经施加于LED之后，形成透明或半透明的薄膜以最小化LED产生的黄化和流明输出的损耗。
本发明的方法适用于各种种类、尺寸和形状的LED。对于本领域技术人员来说能在商业上可获得的任意数量的所公知的类型和尺寸的LED都可以容易地用于根据本发明的方法。
本发明的方法包括提供具有用于涂覆的暴露表面的LED。具有许多LED的商业供应商。这些商业供应商的例子是Seoul Semiconductor、Cree，Inc.、Lumiled和Osram Sylvania。适合用于本发明的LED是白光、带颜色或多颜色的LED。特别的LED的选择取决于期望的终端使用的应用。但是，本领域技术人员能够知道哪种LED适合于给定的终端使用的应用。本发明的方法特别地适合于任何户外终端使用的应用或任何非调节的环境。例如，户外标记和街灯是本发明的涂覆的LED的潜在的终端使用的应用的非限制的例子。
本发明的方法包括用涂料组合物涂覆LED暴露的表面或所暴露的表面的一部分。该涂层作为阻挡层且与LED的形状相一致。基于此处所讨论的喷涂技术，对电极(引线)做掩膜(mask)不是必须的。该喷涂技术具有允许涂层选择生地围绕该引线移动的计算机可编程能力。但是，在涂覆LED之前，仍然有可能通过掩膜电极(引线)而制备LED，以使得当LED电连线至灯时，具有清洁的以在此处连接电线的引线。
本发明的涂料组合物包括聚硅氧烷。本发明的涂料组合物为液态。
本发明的涂料组合物优选地包括至少60％重量比(wt％)的聚硅氧烷。例如，该组合物可包括99wt％的聚硅氧烷。在本发明中使用的涂料可进一步包括其他的组分，如0-40wt％的二异丙氧基二(乙氧基乙酰乙酰基)钛酸酯、烷氧基硅烷反应产物、甲醇或它们的组合。
商业上可获得的合适的聚硅氧烷的例子包括但不限于，从Humiseal获得的聚硅氧烷、从Dow Corning获得的聚硅氧烷(如DOW CORNING
3-1953Conformal Coating)和从Shin Etsu获得的聚硅氧烷(如X-832-407)。
在本发明的方法中，涂料组合物通过喷涂液态聚硅氧烷涂料组合物在LED暴露的表面或暴露的表面的一部分上以涂覆该LED。该LED优选地在大气条件下喷涂。该LED也可在喷漆橱(spray booth)中进行喷涂。
液态涂料组合物优选地用空气辅助不通风喷涂系统或珠和空气涡流系统(bead and air swirl system)喷涂。该珠和空气涡流系统将聚硅氧烷涂料作为珠施涂且利用空气产生涡旋图案。后者的系统是期望的，因为它在传输效率上的改善而且因为该系统几乎没有液体喷涂的反弹而提供了好的覆盖。聚硅氧烷涂料可在环境条件下喷涂。LED的形状以精确的喷涂区域以及留下不喷涂的区域而编入喷涂系统中。因为喷涂的时间是基于LED的尺寸和形状的，喷涂时间改变高达大约二十秒。聚硅氧烷涂层的厚度典型的处于5-8mils范围之内。商业上可获得的喷涂系统的例子包括但不限于Nordson公司的Asymtek或从PVA获得的系统。
本发明的系统的其它优点包括在小的选择的区域中施加小量聚硅氧烷的能力。这通过使用先前提到的计算机编程能力来选择合适的阀以分散液体进入期望的区域而完成。
LED被放置在传送带上并在喷漆橱中在环境条件下喷涂。LED通过该带被传送到固化炉。
在被喷涂涂覆之后，涂覆的LED被固化。固化往往在用于固化聚硅氧烷涂层的强风炉内进行。该LED在350℉暴露约10-15分钟。系统设计为使用热空气碰撞LED。当LED移出固化炉时，该LED在环境条件下进行冷却。在电极(引线)上的掩膜被去除。
涂覆的LED的生产速率依赖于LED的尺寸和形状以及其终端使用的应用而变化。例如，生产速率依赖于是否具有线性或降低的照明而变化。基于终端使用的应用，典型的生产速率可在每小时90-150个部件之间变化。
如此处指出的，喷涂在LED上的聚硅氧烷组合物提供了透明的湿气管理系统，其可延长LED的寿命，同时最小化黄化和流明输出损耗。液体喷涂涂层的方法与其它可能可行的涂覆方法相比是特别期望的。例如，从实验中证实用粉末喷涂获得均匀的涂层以及光滑的涂层是困难的。例如，用对流炉固化的粉末涂层是粒状的，并且由于固化温度，LED从它的基底上脱离，因此有损美观以及造成性能的失效。
本发明的聚硅氧烷组合物和方法的好处包括，但不限于，聚硅氧烷组合物不会由于紫外(UV)光而劣化，在高温下聚硅氧烷仍保持柔韧性，且聚硅氧烷组合物的黄化少于其它涂料组合物。
实施例
各种形状和尺寸的样品LED板用液态聚硅氧烷喷涂。进行两个实验。一个实验使用Asymtek SL-940E喷涂系统。另一个实验使用PVA 2000选择性涂覆系统。每一个实验测试由Dow Corning制造的DOW DORNING
3-1953商业保形涂层的聚硅氧烷产品涂覆的LED板，以及由可从Shin Etsu获得的液态聚硅氧烷X-832-407涂覆的LED板。
LED板独立地进行环境测试和电测试以及流明保持。流明保持指的是由于涂覆过程的光损耗量。所有的测试通过独立的第三方实验室进行。测试结果列举在下面：
表1
所有测试结果表明涂层对于湿气暴露和腐蚀和盐喷涂是稳定的。也示出了聚硅氧烷涂覆的LED通过IP-68测试。尽管CRI和CCT示出了改进且很好控制，平均流明损耗是6-7％。
表2
测试仪器
| 使用的仪器 | 型号 | 控制号 |
| Enviotronics | SSH32-c | H190 |
| Thermotron | SM-32C | H147 |
| Despatch | LAC1-67 | H138 |
| Omega | 650-TF-DDS | T036 |
| Singleton Corp | SCCH22 | H168 |
| Atago Co | ES-421 | M185 |
| Oakton | WD-25624-86 | I027 |
| Pyrex | 3062-100 | B046 |
| Biddle | 230425 | V178S |
| Fisher Scientific | 14-649-9 | N1132 |
| Fluke | 87V | M207 |
| Stanley | 33-428 | U011 |
| Water Tank | N/A | N/A |
表3
LED样品板
| 样品号 | 说明 | 型号 |
| 203303-1 | PCB 6 LED’S | CREE5 |
| 203303-2 | PCB 102 LED’S | Sylvania 102-2 |
| 203303-3 | PCB 4 LED’S | Philips 1 |
| 203303-4 | PCB 6 LED’S | CREE 4 |
| 203303-5 | PCB 102 LED’S | Sylvania 102-3 |
| 203303-6 | PCB 4 LED’S | Philips 3 |
| 203303-7 | PCB 6 LED’S | CREE 6 |
| 203303-8 | PCB 54 LED’S | Sylvania 54-3 |
| 203303-9 | PCB 4 LED’S | Philips 4 |
| 203303-10 | PCB 6 LED’S | CREE 7 |
| 203303-11 | PCB 54 LED’S | Sylvania 54-5 |
| 203303-12 | PCB 4 LED’S | Philips 2 |
| 203303-13 | PCB 102 LED’S | Sylvania 102-5 |
进行下面的测试以确定被聚硅氧烷涂覆的LED的功能性和流明性能。所有的测试通过第三方独立实验室进行。在位于纽约的科特兰(Cortlan)的Intertek进行环境和电子测试。在位于科罗拉多的博尔德(Boulder)的ITL进行流明保持测试。
在Intertek进行下面的测试
表4
| 湿气暴露 | UL 8750 | Section 8.12 |
| 腐蚀测试/盐喷涂 | UL 50E | Section 8.7 |
| 水浸入 | IEC 60529 | Section 14.2.7 |
| 热冲击 | 非标准 | 客户指定 |
湿气暴露UL8750 Section 8.12
潮湿或湿位置使用的单元暴露于温度32.0±2.0℃(89.6±3.6℉)、相对湿度88±2％的潮湿空气168小时。测试后，所有的样品都是功能的(functional)。执行介电测试，其施加500V直流电一分钟以测试样品上的涂层。测试以测试引线直接放置在PCB的涂层上的方式进行。所有的样品在该测试之后都是功能的。还执行目视检测。样品的涂层没有劣化且没有颜色改变或裂纹的出现。
腐蚀测试/盐喷涂UL50E Section 8.7：
测试的样品在下面描述的气氛中进行24小时腐蚀测试，然后进行功能测试。
表5
| 盐度 | pH | 脱落(fallout) | 温度 |
| 5.5％ | 6.6 | 1.4-1.5ml/h | 95℉ |
在功能测试之后，样品在下面描述的气氛中进行144小时的腐蚀测试，然后进行功能测试。
表6
| 盐度 | pH | 脱落 | 温度 |
| 5.5％ | 6.6 | 1.4-1.5ml/h | 95℉ |
所有样品进行下面的测试，进行目视检查。样品涂层没有劣化且没有颜色变化或裂纹出现。
水浸入IEC 60529 Section 14.2.7
样品被完全浸入水中到介于850mm-1000mm的水平30分钟。该测试后，进行功能测试。所有的样品在测试之后都是功能的。执行目视检查。样品涂层没有劣化且颜色没有变化或裂纹的出现。
热冲击，非标准，客户指定：
样品在温度从40℃-150℃快速地变化后操作。样品经历5次循环。一个循环由以下组成：在150℃处的一(1)小时，然后在-40℃处的一(1)小时，其转换速率小于一(1)分钟。所有的样品在测试之后都是功能的。进行目视检查。样品涂层没有劣化且在所有样品上颜色具有从无色到褐色变化。涂层没有裂纹。
因此对于本领域技术人员来说很容易理解的是，本发明允许有广泛的使用和应用。在不脱离本发明的本质或范围的情况下，本发明的非在此描述的许多实施方案或者适应性改变以及对本发明的许多变更、修改和等价设置，显而易见来自本发明或者是本发明合理建议的。因此，虽然在此对本发明相关的优选实施方案进行了详细地描述，但是应当理解的是这种公开仅仅是本发明的示例，其目的仅仅是为了提供本发明完全且能够实现的公开。先前的公开并不是意图或被构建以限制本发明或排除任何其它的实施方案、变通、变更、修改和等价配置。
Claims (26)
1.一种制造涂覆的发光二极管的方法，该方法包括：
提供具有表面的发光二极管；以及
用包含聚硅氧烷的液态涂料组合物喷涂所述发光二极管的所述表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷涂共形于所述发光二极管的所述表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂料喷涂在所述发光二极管的所述表面的一部分上或在所述发光二极管的整个所述表面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂料组合物包含至少60％重量的聚硅氧烷。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述涂料组合物包含至少99％重量的聚硅氧烷。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述涂料组合物进一步包含0-40wt％的二异丙氧基二(乙氧基乙酰乙酰基)钛酸酯、烷氧基硅烷反应产物、甲醇或它们的组合。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述涂料组合物进一步包含0-40wt％的二异丙氧基二(乙氧基乙酰乙酰基)钛酸酯、烷氧基硅烷反应产物、甲醇或它们的组合。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括固化所述聚硅氧烷涂覆的发光二极管。
9.根据权利要求8所述的方法，其中利用辐射热进行固化。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在强风炉中进行所述固化。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层是透明的。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括利用空气辅助不通风系统或珠和空气涡流系统喷涂所述涂料。
13.一种具有涂覆表面的发光二极管，其中所述涂覆的发光二极管的涂层包括聚硅氧烷。
14.根据权利要求13所述的发光二极管，其中所述涂层被喷涂在所述发光二极管的所述表面上。
15.根据权利要求14所述的发光二极管，其中所述涂层作为液体被施加。
16.根据权利要求13所述的发光二极管，其中所述聚硅氧烷涂层包含至少60重量％的聚硅氧烷。
17.根据权利要求16所述的发光二极管，其中所述聚硅氧烷涂层包含至少99重量％的聚硅氧烷。
18.根据权利要求16所述的发光二极管，其中所述聚硅氧烷涂层进一步包含0-40％重量比的二异丙氧基二(乙氧基乙酰乙酰基)钛酸酯、烷氧基硅烷反应产物、甲醇或它们的组合。
19.根据权利要求17所述的发光二极管，其中所述聚硅氧烷涂层进一步包含0-40重量％的二异丙氧基二(乙氧基乙酰乙酰基)钛酸酯、烷氧基硅烷反应产物、甲醇或它们的组合。
20.根据权利要求13所述的发光二极管，其中所述被喷涂涂覆的发光二极管被固化。
21.根据权利要求20所述的发光二极管，其中所述涂覆的发光二极管通过辐射热固化。
22.根据权利要求20所述的发光二极管，其中所述固化在强风炉中进行。
23.根据权利要求13所述的发光二极管，其中所述聚硅氧烷涂层是透明的。
24.根据权利要求14所述的发光二极管，其中所述喷涂涂覆利用空气辅助不通风系统或珠和空气涡流系统进行。
25.根据权利要求13所述的发光二极管，其中所述聚硅氧烷涂层共形于所述发光二极管的所述表面。
26.根据权利要求13所述的发光二极管，其中所述涂层被喷涂在所述发光二极管的所述表面的一部分上或所述发光二极管的整个所述表面上。
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