CN102983252A

CN102983252A - 色温可调的led发光器件及其制作方法

Info

Publication number: CN102983252A
Application number: CN2012104925873A
Authority: CN
Inventors: 黄洁莹; 范供齐; 牛琳; 孙博; 刘立莉; 郭金霞; 梁润园; 韦嘉; 董明智; 赵璐冰; 许绍伟; 袁长安
Original assignee: BEIJING SEMICONDUCTOR LIGHTING TECHNOLOGY PROMOTION CENTER
Current assignee: BEIJING SEMICONDUCTOR LIGHTING TECHNOLOGY PROMOTION CENTER
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: CN102983252B

Abstract

本发明提供了一种色温可调的LED发光器件及其制作方法。该LED发光器件包括：LED封装体，LED封装体包括透镜和流体状的光转换材料，光转换材料包括极化荧光粉和流体介质；透明电极，设置在LED封装体的透镜的外表面。由于光转换材料没有被固化，极化荧光粉可以在流体介质中自由流动，将透明电极与外部连通后形成电场，在电场的作用下，极化荧光粉可以沿一定的方向运动，而且可以通过透明电极的不同位置以及不同强度的电场控制极化荧光粉的运动方向和工作时的聚集位置，可以适时调节LED发光器件的色温在2500~6500K之间变化，避免了使用驱动电路控制LED发光器件的色温所带来的结构复杂、可靠性低的问题。

Description

色温可调的LED发光器件及其制作方法

技术领域

本发明涉及LED照明领域，具体而言，涉及一种色温可调的LED发光器件及其制作方法。

背景技术

单一的LED芯片往往无法得到所需的颜色（特别是照明所需的白光），因此需要采用LED芯片配合荧光粉，通过光转换功能达到人们需要的颜色。常用的荧光粉涂覆方法是将荧光粉配合硅树脂或环氧树脂涂覆到LED芯片上，然后固化得到。这种方案得到的LED发光器件的一致性较差，而且单一LED芯片二极管封装后经过固化，其色温等光学特性随之确定。目前，LED发光器件的色温调节主要是通过外部驱动电路控制多颗发光二极管，由于驱动电路比较复杂，可靠性较低。

发明内容

本发明旨在提供一种色温可调的LED发光器件及其制作方法，使LED发光器件的色温便于调节。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种色温可调的LED发光器件，LED发光器件包括：LED封装体，LED封装体包括透镜和流体状的光转换材料，光转换材料包括极化荧光粉和流体介质；透明电极，设置在LED封装体的透镜的外表面。

进一步地，上述流体介质选自单组份硅树脂、液晶材料和无机盐溶液中的任一种，极化荧光粉与流体介质的重量比为1:3~1:10。

进一步地，上述极化荧光粉的带电量为1×10^-8～1×10^-4C。

进一步地，上述透明电极为沿透镜的外表面连续分布的电极或由相互隔离的多个透明电极块组成。

进一步地，上述透明电极块包括与透镜同轴的环状透明电极块。

进一步地，上述透明电极选自氧化铟锡电极、氧化锑锡电极和氧化锡电极中的一种或多种。

进一步地，上述LED封装体还包括：基板，透镜固定在基板上并与基板形成腔体，光转换材料封装在腔体中；LED芯片，固定在基板上且封装在腔体中。

根据本发明的另一方面，还提供了一种色温可调的LED发光器件的制作方法，上述制作方法包括：S1、将极化荧光粉与流体介质混合形成流体状混合物；S2、将流体状混合物注入透镜与基板形成的内部封装有LED芯片的腔体中；以及S3、在透镜的外表面制备可与外部电路电连接的透明电极，得到LED发光器件。

进一步地，上述步骤S1中的极化荧光粉的制备方法包括采用与静电发生装置连接的导体搅拌荧光粉得到极化荧光粉。

进一步地，上述导体的转速为1000~5000r/min，搅拌的时间为10~30min。

进一步地，上述步骤S4包括：在透镜的外表面上涂覆分散有透明电极活性成分的溶液，并在溶液中设置向溶液外部延伸的导体，待透明电极活性成分固化后形成透明电极。

应用本发明的技术方案，由于光转换材料没有被固化，极化荧光粉可以在流体介质中自由流动，将透明电极与外部连通后形成电场，在电场的作用下，极化荧光粉可以沿一定的方向运动，而且可以通过透明电极的不同位置以及不同强度的电场控制极化荧光粉的运动方向和工作时的聚集位置，可以适时调节LED发光器件的色温在2500~6500K之间变化，避免了使用驱动电路控制LED发光器件的色温所带来的结构复杂、可靠性低的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种优选的实施例的LED发光器件的结构示意图；以及

图2示出了根据本发明的另一种优选的实施例的LED发光器件的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，在本发明一种典型的实施方式中，提供了一种色温可调的LED发光器件，该LED发光器件包括LED封装体和透明电极5，LED封装体包括透镜3和流体状的光转换材料4，光转换材料4包括极化荧光粉和流体介质；透明电极5设置在LED封装体的透镜3的外表面。

具有上述结构的LED发光器件，由于光转换材料4没有被固化，极化荧光粉可以在流体介质中自由流动，将透明电极5与外部连通后形成电场，在电场的作用下，极化荧光粉可以沿一定的方向运动，而且可以通过透明电极5的不同位置以及不同强度的电场控制极化荧光粉的运动方向和工作时的聚集位置，从而可以适时调节LED发光器件的色温在2500~6500K之间变化，避免了使用驱动电路控制LED发光器件的色温所带来的结构复杂、可靠性低的问题。

在本发明的一种优选的实施例中，上述流体介质选自单组份硅树脂、液晶材料和无机盐溶液中的任一种，极化荧光粉与流体介质的重量比为1:3~1:10。

采用单组份硅树脂作为流体介质，即使在LED发光组件工作时也不会发生固化，保持光转换材料的流动性；液晶材料和无机盐溶液既可以使极化荧光粉在其中保持运动状态，又不会对极化荧光粉的光转换功能产生不利影响；同时为了保证极化荧光粉理想的光转换效果，优选将极化荧光粉与流体介质的重量比控制在1:3~1:10之间。

可用于本发明的荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉和红色荧光粉组成的组中的一种或多种，极化荧光粉的带电量为1×10^-8~1×10^-4C。当极化荧光粉的带电量控制在1×10^-8～1×10^-4C之间时，比较容易控制荧光粉的定向运动速度以及定向密集程度。

如图1和图2所示，上述LED发光器件的透明电极5为沿透镜5的外表面连续分布的电极或由相互隔离的多个透明电极块组成。

当透明电极5为沿透镜5的外表面连续分布的电极时，可以通过控制透明电极与外部电路电连接后形成的电场的强度，从而控制极化荧光粉在空腔中的分布位置进而改变LED发光器件的色温。当透明电极5由相互隔离的多个透明电极块组成时，控制各个透明电极块形成的电场的强度，使极化荧光粉根据实际的需求做出多样化的运动方式并停留在更精准的位置，从而更精细地调节LED发光器件的色温。

如图2所示，在本发明的一种优选的实施例中，上述透明电极块包括与透镜2同轴的环状透明电极块。采用上述环状透明电极块调节极化荧光粉的轴向分布方式，不仅实现了调节色温的目的，而且使整个LED发光器件的出光更为均匀。

综合考虑本发明的透明电极5需要优良的导电性能和透光性能，优选透明电极5选自氧化铟锡电极、氧化锑锡电极和氧化锡电极中的一种或多种。

本发明的LED封装体的结构基本与现有技术中的LED封装结构类似，即LED封装体还包括基板1和LED芯片2，透镜3固定在基板1上并与基板1形成腔体，光转换材料4封装在腔体中；LED芯片2固定在基板1上且封装在腔体中。在制备具有上述结构的LED封装体时，可以采用现有技术中的常规方法即可，因此不需要引入新的技术或设备投资，节约了LED封装体的制作成本。

在本发明的另一种典型的实施方式中，提供了一种色温可调的LED发光器件的制作方法，该制作方法包括：S1、将极化荧光粉与流体介质混合形成流体状混合物；S2、将流体状混合物注入透镜与基板形成的内部封装有LED芯片的腔体中；以及S3、在透镜的外表面制备可与外部电路电连接的透明电极，得到LED发光器件。

在上述制作方法中，采用常规的荧光粉的注入方式即可完成流体状混合物的注入，可以通过透明电极形成的电场控制极化荧光粉的运动方向和工作时的聚集位置，从而可以适时调节LED发光器件的色温在2500~6500K之间变化，避免了驱动电路的复杂布置过程。

利用透明电极于外部电路进行连接形成的电场的大小可以根据极化荧光粉的粒度大小进行选择，当荧光粉粒度D50在15μm以上时，选择电压在10KV以上的电场；当荧光粉粒度D50大于等于10μm且小于15μm时，选择电压在6~10KV之间的电场；当荧光粉粒度D50大于等于5μm且小于10μm时，选择电压在1~5KV之间的电场；当荧光粉粒度D50大于等于0.1μm且小于5μm时，选择电压在50～1KV之间的电场。

在本发明的又一种优选的实施例中，上述步骤S1中的极化荧光粉的制备方法包括采用与静电发生装置连接的导体搅拌荧光粉得到极化荧光粉。

导体连接静电发生装置，静电发生装置持续放电，电荷通过导体传递给荧光粉颗粒，为保持电荷平衡，荧光粉颗粒的与静电发生装置相反的电荷会传递给塑料容器，直至达到动态平衡状态，荧光粉颗粒会带有静电发生装置设定的正电荷或负电荷相同的电荷形成极化荧光粉，并且带电量可以通过放电的强弱、处理时间加以控制，荧光粉极化后与极化前的对光的转换功能没有发生变化，而且极化后产生的诱导偶极在电场的作用下使荧光粉向一定的方向运动，因此在荧光粉的固化过程中有利于控制荧光粉的固化位置。

为了使不同粒度大小的荧光粉在极化过程中达到饱和带电状态，当荧光粉的粒度D50在15μm以上时，转速为4000~5000r/min，时间25~30min；当荧光粉的粒度D50大于等于10μm且小于15μm时，转速为2500~4000r/min，时间20~25min；当荧光粉的粒度D50大于等于5μm且小于10μm时，转速为1000~2500r/min，时间10~20min；当荧光粉的粒度D50大于等于0.1μm且小于5μm时，转速为500～1000r/min，时间5~10min。在上述搅拌条件下进行搅拌，可以达到粒子带电饱和状态，超出这一范围，粒子带电量不会发生大的变化。

在本发明的又一种优选的实施例中，上述步骤S4包括：在透镜的外表面上涂覆分散有透明电极活性成分的溶液，并在溶液中设置向溶液外部延伸的导体，待透明电极活性成分固化后形成透明电极。透明电极的设置方法极为简单，因此使得本发明的LED发光器件的制作方法也较为简单，便于在LED照明领域的广泛应用。

以下将结合实施例，进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

采用型号为ESD61002B的静电发生器与不锈钢棒相连，通电后在2000r/min的转速下搅拌聚四氟乙烯筒中的粒度D50大于等于5μm且小于10μm的绿色荧光粉10min，得到带电量在1×10^-8～1×10^-6C之间的极化黄色荧光粉，将该极化黄色荧光粉与型号为OE6550的B组分以1:5的重量比进行混合，得实施例1的流体状混合物；在铝基板上布置电路，然后将5个LED芯片等间距地固定在铝基板上并使LED芯片与电路进行连接，然后将电路进行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅胶透镜并利用硅胶透镜将LED芯片封装在其与基板形成的空腔中；利用硅胶透镜上的通孔将流体状混合物注入空腔中，然后将通孔密封；在硅胶透镜的外表面上印刷氧化铟锡电极，得到实施例1的LED发光器件，将该氧化铟锡电极与外部电路相连，开启电源使流体状混合物处于1KV的电场中，检测实施例1的LED发光器件的色温，结果见表1。

实施例2

采用型号为ESD61002B的静电发生器与不锈钢棒相连，通电后在1000r/min的转速下搅拌聚四氟乙烯筒中的粒度大于等于5μm且小于10μm的绿色荧光粉20min，得到带电量在1×10^-8～1×10^-6C之间的极化黄色荧光粉，将该极化黄色荧光粉与型号为OE6550的B组分以1:5的重量比进行混合，得实施例1的流体状混合物；在铝基板上布置电路，然后将5个LED芯片等间距地固定在铝基板上并使LED芯片与电路进行连接，然后将电路进行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅胶透镜并利用硅胶透镜将LED芯片封装在其与基板形成的空腔中；利用硅胶透镜上的通孔将流体状混合物注入空腔中，然后将通孔密封；在硅胶透镜的外表面上印刷氧化铟锡电极，得到实施例1的LED发光器件，将该氧化铟锡电极与外部电路相连，开启电源使流体状混合物处于5KV的电场中，检测实施例2的LED发光器件的色温，结果见表1。

实施例3

采用型号为ESD61002B的静电发生器与铝棒相连，通电后在3000r/min的转速下搅拌聚四氟乙烯筒中粒度D50大于等于10μm且小于15μm的绿色荧光粉25min，得到带电量在1×10^-9～1×10^-7C之间的极化黄色荧光粉，将该极化黄色荧光粉与甲基环己基苯酚以1:3的重量比进行混合，得实施例3的流体状混合物；在铝基板上布置电路，然后将5个LED芯片等间距地固定在铝基板上并使LED芯片与电路进行连接，然后将电路进行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅胶透镜并利用硅胶透镜将LED芯片封装在其与基板形成的空腔中；利用硅胶透镜上的通孔将流体状混合物注入空腔中，然后将通孔密封；在硅胶透镜的外表面上印刷三个与透镜同轴的环形氧化锑锡电极块，得到实施例3的LED发光器件，将各氧化锑锡电极块与同一外部电路相连，开启电源使流体状混合物处于8KV的电场中，检测实施例3的LED发光器件的色温，结果见表1。

实施例4

采用型号为ESD61002B的静电发生器与铝棒相连，通电后在3000r/min的转速下搅拌聚四氟乙烯筒中粒度D50大于等于10μm且小于15μm的绿色荧光粉25min，得到带电量在1×10^-9～1×10^-7C之间的极化黄色荧光粉，将该极化黄色荧光粉与甲基环己基苯酚以1:3的重量比进行混合，得实施例3的流体状混合物；在铝基板上布置电路，然后将5个LED芯片等间距地固定在铝基板上并使LED芯片与电路进行连接，然后将电路进行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅胶透镜并利用硅胶透镜将LED芯片封装在其与基板形成的空腔中；利用硅胶透镜上的通孔将流体状混合物注入空腔中，然后将通孔密封；在硅胶透镜的外表面上印刷三个与透镜同轴的环形氧化锑锡电极块，得到实施例3的LED发光器件，将各氧化锑锡电极块与三个不同的外部电路相连，开启电源使流体状混合物处于6KV、8KV、10KV的电场中，检测实施例4的LED发光器件的色温，结果见表1。

实施例5

采用型号为ESD61002B的静电发生器与铜棒相连，通电后在5000r/min的转速下搅拌聚四氟乙烯筒中粒度D50大于等于15且小于20μm的绿色荧光粉30min，得到带电量在1×10^-6～1×10^-4C之间的极化黄色荧光粉，将该极化黄色荧光粉与浓度为1mol/L的氯化钠溶液以1:10的重量比进行混合，得实施例5的流体状混合物；在铝基板上布置电路，然后将5个LED芯片等间距地固定在铝基板上并使LED芯片与电路进行连接，然后将电路进行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅胶透镜并利用硅胶透镜将LED芯片封装在其与基板形成的空腔中；利用硅胶透镜上的通孔将流体状混合物注入空腔中，然后将通孔密封；在硅胶透镜的外表面上印刷氧化锡电极，得到实施例5的LED发光器件，将该氧化锡电极与外部电路相连，开启电源使流体状混合物处于15V的电场中，检测实施例5的LED发光器件的色温，结果见表1。

实施例6

采用型号为ESD61002B的静电发生器与铝棒相连，通电后在800r/min的转速下搅拌聚四氟乙烯筒中的粒度D50大于等于0.1μm且小于5μm的绿色荧光粉6min，得到带电量在1×10^-10～1×10^-8C之间的极化黄色荧光粉，将该极化黄色荧光粉与型号为1mol/L的硫酸锌以1:2的重量比进行混合，得实施例6的流体状混合物；在铝基板上布置电路，然后将5个LED芯片等间距地固定在铝基板上并使LED芯片与电路进行连接，然后将电路进行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅胶透镜并利用硅胶透镜将LED芯片封装在其与基板形成的空腔中；利用硅胶透镜上的通孔将流体状混合物注入空腔中，然后将通孔密封；在硅胶透镜的外表面上印刷氧化铟锡电极，得到实施例6的LED发光器件，并将该氧化铟锡电极与外部电路相连，开启电源使流体状混合物处于800V的电场中，检测实施例6的LED发光器件的色温，结果见表1。

表1

由表1中的数据可以看出，实施例1至6的LED发光器件的色温在不同的电场强度作用下有明显的改变。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种色温可调的LED发光器件，其特征在于，所述LED发光器件包括：

LED封装体，所述LED封装体包括透镜（3）和流体状的光转换材料（4），所述光转换材料（4）包括极化荧光粉和流体介质；

透明电极（5），设置在所述LED封装体的透镜（3）的外表面。

2.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述流体介质选自单组份硅树脂、液晶材料和无机盐溶液中的任一种，所述极化荧光粉与所述流体介质的重量比为1:3~1:10。

3.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述极化荧光粉的带电量为1×10^-8~1×10^-4C。

4.根据权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述透明电极（5）为沿所述透镜（5）的外表面连续分布的电极或由相互隔离的多个透明电极块组成。

5.根据权利要求4所述的LED发光器件，其特征在于，所述透明电极块包括与所述透镜（2）同轴的环状透明电极块。

6.根据权利要求4所述的LED发光器件，其特征在于，所述透明电极（5）选自氧化铟锡电极、氧化锑锡电极和氧化锡电极中的一种或多种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的LED发光器件，其特征在于，所述LED封装体还包括：

基板（1），所述透镜（3）固定在所述基板（1）上并与所述基板（1）形成腔体，所述光转换材料（4）封装在所述腔体中；

LED芯片（2），固定在所述基板（1）上且封装在所述腔体中。

8.一种色温可调的LED发光器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

S1、将极化荧光粉与流体介质混合形成流体状混合物；

S2、将所述流体状混合物注入透镜与基板形成的内部封装有LED芯片的腔体中；以及

S3、在所述透镜的外表面制备可与外部电路电连接的透明电极，得到所述LED发光器件。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述极化荧光粉的制备方法包括采用与静电发生装置连接的导体搅拌荧光粉得到所述极化荧光粉。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述导体的转速为1000~5000r/min，所述搅拌的时间为10~30min。

11.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S4包括：在所述透镜的外表面上涂覆分散有透明电极活性成分的溶液，并在所述溶液中设置向所述溶液外部延伸的导体，待所述透明电极活性成分固化后形成透明电极。