CN103066189A - 一种led组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED组件，包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有封装层，所述封装层中含有硅胶、荧光粉和高散射粒子，所述高散射粒子选自氮化物、硅酸盐、氮氧化物中的至少一种。本发明还提供了上述LED组件的制备方法。本发明的LED组件由于封装层中含有高散射粒子，高散射粒子对光进行反射和折射，使得LED组件的发光面积更大、出光更均匀；并且由于含有高散射粒子，随着温度升高，封装层内部的热应力相较于现有的硅胶层的热应力变小，对折射率的影响较小，减少了高温下光子的损失，提高了LED的发光效率和光通量。
Description
技术领域
本发明涉及照明领域，更具体地说，涉及一种LED组件及其制备方法。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diode、LED）是一种注入电致发光器件，以其耗电量少、光色纯、全固态、质量轻、体积小、环保等一系列的优点，成为21世纪最具发展前景的高技术产品之一。LED产业始于20世纪70年代，90年代以来在全球范围内迅速崛起并高速发展，LED将成为继白炽灯、荧光灯之后的第3代照明光源。
传统白光LED的封装技术是将荧光粉与硅胶共混后涂覆在LED支架上，由于硅胶的散热性较差，随着温度升高，硅胶内部的热应力增大，导致硅胶的折射率降低，光子在硅胶界面中的损失较大，使得LED的发光效率低，并且发光面积小、不均匀，光线亮度较差。
发明内容
为了解决现有技术中的LED组件的发光效率低，发光面积小且不均匀的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种LED组件，包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有封装层，其中，所述封装层中含有硅胶、荧光粉和高散射粒子，所述高散射粒子选自氮化物、硅酸盐、氮氧化物中的至少一种。
在所述的LED组件中，优选地，所述高散射粒子的折射率为1.5-3.0，平均粒径为1-15μm。
在所述的LED组件中，优选地，以100重量份的硅胶为基准，所述高散射粒子的含量为5-25重量份。
在所述的LED组件中，优选地，以100重量份的硅胶为基准，所述荧光粉的含量为2-20重量份。
在所述的LED组件中，优选地，所述硅胶为液态硅胶，其透光率为90%-99%%，折射率为1.4-1.5。
在所述的LED组件中，优选地，所述封装层的厚度为0.1-0.4mm。
同时，本发明还公开的上述的LED组件的制备方法，包括下述步骤：
步骤1、将芯片固定于支架内，并从所述芯片延伸出电极；
步骤2、将高散射粒子、荧光粉和硅胶溶液混合均匀后得到高散射性荧光粉硅胶溶液，其中，所述高散射粒子选自氮化物、硅酸盐、氮氧化物中的至少一种，然后将该溶液涂覆在芯片上，固化后形成封装层。
在所述的制备方法中，优选地，以100重量份的硅胶为基准，所述高散射粒子的添加量为5-25重量份，所述荧光粉的添加量为2-20重量份。
在所述的制备方法中，优选地，所述混合的方法为：先将高散射粒子均匀分散在硅胶溶液中，形成高散射性硅胶溶液；然后再加入荧光粉进行均匀搅拌后，得到高散射性荧光粉硅胶溶液。
在所述的制备方法中，优选地，所述固化的方法为：先在80℃-90℃下固化0.5-1h，再在140℃-160℃下固化1h-1.5h。
本发明的发明人发现，本发明的LED组件的芯片发出的光射向封装层时，由于封装层中含有高散射粒子，高散射粒子对光进行反射和折射，使得LED组件的发光面积更大、出光更均匀；并且由于含有高散射粒子，随着温度升高，封装层内部的热应力相较于现有的硅胶层的热应力变小，对折射率的影响较小，减少了高温下光子的损失，提高了LED的发光效率和光通量。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，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。
本发明公开的LED组件包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有封装层，所述封装层中含有硅胶、荧光粉和高散射粒子。
作为LED组件的基本组成部分，所述支架为本领域公知的支架，在本发明中，该支架可选用贴片式支架，例如具体可选用型号为3528、5050、6020等的常规LED支架。上述支架均可通过商购得到。作为本领域技术人员所公知的，上述支架通常具有凹陷部，芯片即设置于该凹陷部内，该凹陷型的内壁同时具有高反射性，可将从芯片射向内壁的光线反射向支架的开口处。
所述芯片为LED组件中的发光功能件，具体为本领域公知的。从芯片延伸出的电极用于在使用过程中为芯片供电，以实现其发光功能。具体采用的芯片均可通过商购得到，在此不再赘述。
根据本发明，在所述支架内，于所述芯片上还覆盖有封装层。该封装层的结构可采用现有技术中公知的结构，优选情况下，所述封装层厚度大于芯片厚度，以便能将芯片完全覆盖。
本发明的主要改进之处在于所述封装层，在含有现有的硅胶、荧光粉组分的基础上，添加有高散射粒子，本发明的发明人发现，本发明的LED组件的芯片发出的光射向封装层时，由于封装层中含有高散射粒子，高散射粒子对光进行反射和折射，使得LED组件的发光面积更大、出光更均匀，不会出现光斑现象；并且由于含有高散射粒子，随着温度升高，封装层内部的热应力相较于现有的硅胶层的热应力较小，对折射率的影响较小，减少了高温下光子的损失，能够提高LED组件的发光效率和光通量。
根据本发明，封装层中的硅胶为现有技术中的有机硅胶，优选情况下，所述硅胶的透光率为90%-99.9%，进一步优选为95%以上，其折射率为1.4-1.5。本发明中，透光率是指：对上述硅胶基体进行光照，透过硅胶基体的光量与投射到硅胶基体表面的光总量之比。
在本发明中，采用的高散射粒子选自硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的至少一种。本发明采用的硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素结合而成的化合物的总称，例如：可以为硅酸铁、硅酸铝、硅酸钙、硅酸镁、硅酸钾、硅酸钠等中的一种或几种。本发明采用的氮化物是指化学元素与氮形成的化合物，可以为金属氮化物，例如：氮化锂(Li3N)、氮化镁(Mg3N2)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)中的一种或几种，还可以为非金属氮化物，例如：氮化硼(BN)、五氮化三磷(P3N5)、四氮化三硅(Si3N4)等中的一种或几种。本发明采用的氮氧化物是指由氮、氧两种元素组成的化合物，优选常态下呈固体的五氧化二氮。本发明中优选的高散射粒子为硅酸盐。
作为进一步的优选情况，所选用的高散射粒子的折射率为1.5-3.0，更优选为1.8-2.6；所选用的高散射粒子的平均粒径不大于15μm，优选为1-15μm，更优选为1-5μm。在本发明公开的封装层中，高散射粒子起到改变光线的传播方向的作用，使光线能够得到更好的折射和散射。而光线实际上是具有一定波长的光波，如果高散射粒子的粒径过大，散射光线的效果不好。本发明的发明人发现，当采用的高散射粒子的折射率在上述范围内时，高散射粒子能对光线进行有效的散射，同时，采用的高散射粒子的平均粒径在上述范围内时，该分散于封装层中的高散射粒子能起到增强的作用，提高作为基体材料的硅胶的力学性能，使得固化后的封装层的硬度提高，不会出现气泡、隔层等问题。
在本发明公开的封装层中，以100重量份的硅胶为基准，所述高散射粒子的含量为5-25重量份，优选为5-10重量份。由于封装层主要作用是传导光线，故应尽量减少光线能量在封装层中的损失。发明人发现，当高散射粒子的含量在上述范围内时，对提高光通量和光线均匀性，改善硅胶基体的力学性能更有利。
根据本发明，上述封装层形成于支架内壁，优选情况下，所述封装层的厚度为0.1-0.4mm，更优选为0.2-0.3mm。
本发明的荧光粉如本领域技术人员所公知的，均匀分散于硅胶中，通过吸收芯片发出的光，产生荧光效应，改变出光的颜色，从而实现LED光源的颜色多样性。本发明公开的LED组件中，该荧光粉可采用现有技术中公知的荧光粉，在此没有特殊的要求。在优选的情况下，高散射粒子的材料应与荧光粉的材料相匹配，在LED发光的过程中，温度会上升，同种材料的性质接近，不会产生较大差异。
根据本发明，在所述荧光粉层中，荧光粉的含量可在较大范围内变动，优选情况下，以100重量份的硅胶为基准，所述荧光粉的含量为2-20重量份，进一步优选为5-15重量份。
同时，本发明还公开了上述LED组件的制备方法，包括下述步骤：
步骤1、将芯片固定于支架内，并从所述芯片延伸出电极；
步骤2、将高散射粒子、荧光粉和硅胶溶液混合均匀后得到高散射性荧光粉硅胶溶液，然后将该溶液涂覆在芯片上，固化后形成封装层。
首先，可先根据实际需要制备高散射性荧光粉硅胶溶液。高散射性荧光粉硅胶溶液中含有高散射粒子、荧光粉和硅胶溶液。优选情况下，如前所述，所述高散射性荧光粉硅胶溶液，高散射粒子选自硅酸盐、氮化物、氮氧化物中的一种或多种；所述封装层中，以100重量份的硅胶为基准，所述高散射粒子的含量为5-25重量份，所述高散射粒子的平均粒径为1-15μm，所述荧光粉的含量为2-20重量份。
在优选情况下，首先将高散射粒子按比例均匀的加入硅胶中，分散均匀，形成高散射性硅胶溶液；然后再将荧光粉加入高散射性硅胶溶液中，进行充分的搅拌，形成高散射性荧光粉硅胶溶液，由于荧光粉的分散较为困难，容易沉淀，因而优选先在硅胶中加入高散射粒子，再加入荧光粉。
根据本发明，上述形成的封装层的厚度没有太大限制，优选情况下，形成的封装层的厚度为0.1-0.4mm，优选为0.2-0.3mm。
在所述步骤1中，采用本领域公知的支架，例如贴片式支架。将芯片固晶于该支架内，并引线，制备电极。上述固晶、引线制备电极的方法均为本领域公知的方法。
在所述步骤2中，上述涂覆高散射性荧光粉硅胶溶液的方法也是本领域技术人员所公知的，例如可采用喷涂或点胶的方法完成，优选地，将高散射性荧光粉硅胶溶液加入点胶机中，并对点胶机的参数进行设置，然后采用点胶机将高散射性荧光粉硅胶溶液点胶在LED芯片的表面。涂覆的高散射性荧光粉硅胶溶液的量使得其完全覆盖芯片即可。涂覆完成后，即可对高散射性荧光粉硅胶溶液进行固化，得到固定的形状，即为封装层。固化的方法为在80-90℃下固化0.5-1h，再在140-160℃下固化1-1.5h。固化后即可得到本发明公开的含有硅胶、高散射粒子和荧光粉的封装层。
通过上述制备方法即可得到本发明公开的LED组件，发光面积更大、出光更均匀；并且发光效率和光通量得到了极大提高。
下面通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例1用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法；
步骤1、将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极；
步骤2、 称取5g液态硅胶、1g硅酸钠颗粒（粒径为2μm）和0.5g荧光粉，并在100ml的烧杯中进行搅拌，搅拌时间分别为0.5h，即得到高散射性荧光粉硅胶溶液；然后将配好的高散射性荧光粉硅胶溶液放入真空箱内，进行真空除泡10min；然后将高散射性荧光粉硅胶溶液装入点胶机中，按照3528型号支架所使用的胶量，对点胶机进行设置并完成点胶，使高散射性荧光粉硅胶溶液覆盖芯片；最后在85℃的温度下固化50min，再在150℃的温度下固化60min，即得到LED组件A1。
实施例2
本实施例2用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法；
步骤1、将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极；
步骤2、 称取5g液态硅胶、1g氮化铝颗粒（粒径为6μm）和0.5g荧光粉，并在100ml的烧杯中进行搅拌，搅拌时间分别为0.5h，即得到高散射性荧光粉硅胶溶液；然后将配好的高散射性荧光粉硅胶溶液放入真空箱内，进行真空除泡15min；然后将高散射性荧光粉硅胶溶液装入点胶机中，按照5050型号支架所使用的胶量，对点胶机进行设置并完成点胶，使高散射性荧光粉硅胶溶液覆盖芯片；最后在90℃的温度下固化40min，再在140℃的温度下固化70min，即得到LED组件A2。
实施例3
本实施例3用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法；
步骤1、将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极；
步骤2、 称取10g液态硅胶、2.5g五氧化二氮（粒径为8μm）和1g荧光粉，并在100ml的烧杯中进行搅拌，搅拌时间分别为0.5h，即得到高散射性荧光粉硅胶溶液；然后将配好的高散射性荧光粉硅胶溶液放入真空箱内，进行真空除泡15min；然后将高散射性荧光粉硅胶溶液装入点胶机中，按照3528型号支架所使用的胶量，对点胶机进行设置并完成点胶，使高散射性荧光粉硅胶溶液覆盖芯片；最后在80℃情况下固化30min，再在160℃下固化60min，即得到LED组件A3。
实施例4
本实施例4用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法；
步骤1、将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极；
步骤2、 称取5g液态硅胶、0.5g硅酸钙颗粒（粒径为2μm）和0.5g荧光粉，并在100ml的烧杯中进行搅拌，搅拌时间分别为0.5h，即得到高散射性荧光粉硅胶溶液；然后将配好的高散射性荧光粉硅胶溶液放入真空箱内，进行真空除泡10min；然后将高散射性荧光粉硅胶溶液装入点胶机中，按照3528型号支架所使用的胶量，对点胶机进行设置并完成点胶，使高散射性荧光粉硅胶溶液覆盖芯片；最后在85℃的温度下固化50min，再在150℃的温度下固化60min，即得到LED组件A4。
实施例5
本实施例5用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法；
步骤1、将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极；
步骤2、 称取5g液态硅胶、0.25g氮化镁颗粒（粒径为6μm）和1g荧光粉，并在100ml的烧杯中进行搅拌，搅拌时间分别为0.5h，即得到高散射性荧光粉硅胶溶液；然后将配好的高散射性荧光粉硅胶溶液放入真空箱内，进行真空除泡15min；然后将高散射性荧光粉硅胶溶液装入点胶机中，按照5050型号支架所使用的胶量，对点胶机进行设置并完成点胶，使高散射性荧光粉硅胶溶液覆盖芯片；最后在90℃的温度下固化40min，再在140℃的温度下固化70min，即得到LED组件A5。
对比例1
本对比例用于说明现有技术中的LED组件及其制备方法；
LED组件的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，在液态硅胶中没有添加高散射粒子，得到LED组件D1。
性能测试
对以上制备得到的LED组件A1-A5、D1进行如下性能测试：
1、使用寿命： 采用恒定LED的点亮时间，但是逐渐提升LED的电压或者是电流，分别测试出不同电气条件下的光强，然后将数据输入测试软件中计算得出LED的寿命，测试结果见表1；
2、光通量： 采用SJ/T 11394-2009半导体发光二极管测试方法中的5.3.3测试方法进行测试，测试结果见表1；
3、均匀性： 对LED组件A1-A5、LED组件D1发出的光线进行观察，目测结果为LED组件A1-A5的出光更均匀；
4、硬度： 采用邵氏硬度计对LED组件A1-A5、D1的封装层的硬度进行测试，测试结果见表1。
表1
| 样品 | A1 | A2 | A3 | A4 | A5 | D1 |
| 使用寿命（h） | 20000H | 20000H | 20000H | 20000H | 20000H | 15000H |
| 光通量（lm） | 4.75 | 4.64 | 4.60 | 4.90 | 4.65 | 4.30 |
| 硬度（HD） | 67 | 66 | 66 | 67 | 65 | 61 |
从以上测试结果可以看出，相比于现有技术中的LED组件，本发明的实施例1-5公开的LED组件不仅使得LED组件的出光更均匀，并且其使用寿命、光通量以及封装层的硬度得到了极大的提高。
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组件，包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有封装层，其特征在于，所述封装层中含有硅胶、荧光粉和高散射粒子，所述高散射粒子选自氮化物、硅酸盐、氮氧化物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的LED组件，其特征在于，所述高散射粒子的折射率为1.5-3.0，平均粒径为1-15μm。
3.根据权利要求1所述的LED组件，其特征在于，以100重量份的硅胶为基准，所述高散射粒子的含量为5-25重量份。
4.根据权利要求1中所述的LED组件，其特征在于，以100重量份的硅胶为基准，所述荧光粉的含量为2-20重量份。
5.根据权利要求1所述的LED组件，其特征在于，所述硅胶为液态硅胶，其透光率为90%-99%%，折射率为1.4-1.5。
6.根据权利要求1所述的LED组件，其特征在于，所述封装层的厚度为0.1-0.4mm。
7.如权利要求1-6任意一项所述的LED组件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1、将芯片固定于支架内，并从所述芯片延伸出电极；
步骤2、将高散射粒子、荧光粉和硅胶溶液混合均匀后得到高散射性荧光粉硅胶溶液，其中，所述高散射粒子选自氮化物、硅酸盐、氮氧化物中的至少一种，然后将该溶液涂覆在芯片上，固化后形成封装层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以100重量份的硅胶为基准，所述高散射粒子的添加量为5-25重量份，所述荧光粉的添加量为2-20重量份。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述混合的方法为：先将高散射粒子均匀分散在硅胶溶液中，形成高散射性硅胶溶液；然后再加入荧光粉进行均匀搅拌后，得到高散射性荧光粉硅胶溶液。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述固化的方法为：先在80℃-90℃下固化0.5-1h，再在140℃-160℃下固化1h-1.5h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130424 |