CN103353067A

CN103353067A - 一种短波紫外线led光源

Info

Publication number: CN103353067A
Application number: CN2013102409437A
Authority: CN
Inventors: 赫荣顺
Original assignee: DALIAN ZHONGSHENG ZIGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: DALIAN ZHONGSHENG ZIGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2013-10-16

Abstract

一种短波紫外线LED光源，基座内安装支架和至少一个导电电极，基座上部安装石英玻璃透镜，支架上固定有至少一个紫外发光芯片，导电电极上焊接固定导电金丝。本发明的短波紫外线LED光源，充分考虑短波紫外和真空紫外的光线功能和物理特性，光源是由低电压、小电流驱动的半导体而直接产生180nm-255nm紫外线光光束，把大部分的电能转换成紫外光能，能源损耗极低，节省电能；半导体元器件，不产生高热；固体元件，不含汞、惰性气体和荧光粉等污染物质，不产生污染。是一种释放短波紫外线的LED光源，散热面积大、热阻小、导热性良好、结构合理、体积小、寿命长、效率高、耐振动、抗冲击、低压恒流工作、稳定性好、无污染、安全环保和紫外线辐射效率高。

Description

一种短波紫外线LED光源

技术领域

本发明涉及电子集成和杀菌消毒技术领域，尤其涉及一种用于进行杀菌、消毒和去除挥发性有机化合物的短波紫外线LED光源元器件。

背景技术

紫外线是波长100-400nm的电磁波，UV-C是波长200～275nm的短波灭菌紫外线波段，UV-D是波长100～200nm的真空紫外线波段，波长为253.7nm的短波紫外线（UV-C）光束可以杀死各种环境中的细菌与病毒，波长185nm的真空紫外线（UV-D）光束能分解空气中挥发性有机化合物气体（氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢等）的分子链结构，使其变成对环境无污染的低分子化合物（CO₂、H₂O等）。

现有的紫外线汞灯工作原理，是灯管内的汞原子被激发产生汞的特征谱线。主要产生185nm和254nm波长的紫外线，再使用透紫玻璃或石英玻璃制成外壳，使紫外线光束穿过灯管透射出来。冷（热）阴极的紫外线汞灯寿命短、耗能大、污染重（汞和惰性气体）、产生热量高、易碎不安全、容易使人身受到紫外线辐射，这些均对身体健康造成极大的不利影响，使之紫外线杀菌和去除异味功能得不到广泛的使用。

UVA波段：波长在320-400nm的长波紫外线，有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料；UVB波段：波长在275～320nm的中波紫外线，中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收；UVC波段：波长在200～275nm的短波灭菌紫外线，它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料；UVD波段：波长在100～200nm的真空紫外线，它的穿透能力极弱，无法穿透大部分的透明玻璃；UVC波段，波长在253.7nm的短波灭菌紫外线；UVD波段，波长在185nm的除异味紫外线，需要极其特殊的条件下才能使紫外线辐射出来。

目前常见的LED封装材料，均使用有机树脂材料（如环氧树脂、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃、有机硅材料等高透明材料），虽然都是高透明的材料，但是185nm波长和253.7nm波长的紫外线依然透射不出来。在长期的使用过程中，在光照、发热和电的作用下，使有机材料出现老化现象，尤其是在近紫外、紫外、深紫外等短波长的LED照射下，是有机材料急速的老化失去原有的物理特性，极大的降低了紫外线LED光源的寿命。因此上述这些材料体系，根本不能用于短波紫外线LED（253.7nm）和真空紫外线LED（180nm）的封装材料。

目前虽然有生产和使用紫外线LED光源的系列产品，但均是有一定穿透力的波长在320-400nm的长波紫外线和波长在275-320nm的中波紫外线，对于波长在200～275nm的短波灭菌紫外线和波长在100～200nm的真空紫外线LED光源，由于没有根本解决短波紫外线和真空紫外线的发光效率、透出率等关键技术问题，使波长为253.7nm的杀菌的紫外线和波长为185nm的去除异味功能的紫外线特点没有被广泛的使用。

发明内容

为了克服现有紫外线杀菌光源存在的上述问题，本发明提供了一种寿命长、结构紧凑、紫外线辐射高、散热快、不含重金属、低碳环保无污染，可产生和释放253.7nm波长的短波紫外线或185nm波长的真空紫外线光束的紫外线LED光源。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种短波紫外线LED光源，基座内安装支架和至少一个导电电极，基座上部安装石英玻璃透镜，支架上固定有至少一个紫外发光芯片，导电电极上焊接固定导电金丝。

所述紫外发光芯片为能直接产生短波紫外线或真空紫外线的LED光源芯片。

所述石英玻璃透镜通过硬质硅树脂黏结在基座上。

所述基座与石英玻璃透镜之间填充有软质硅树脂。

所述石英玻璃透镜为半球体或正方体或长方体。

所述短波紫外线LED光源贴片式或直插式结构。

所述基座为导热塑料或金属或陶瓷材质；支架为导电、导热或导电和导热的载体。

本发明的短波紫外线LED光源，充分考虑短波紫外（波长253.7nm）和真空紫外（185nm）的光线功能和物理特性，光源是由低电压、小电流驱动的半导体而直接产生180nm-255nm紫外线光光束，把大部分的电能转换成紫外光能，能源损耗极低，节省电能；半导体元器件，不产生高热；固体元件，不含汞、惰性气体和荧光粉等污染物质，不产生污染。是一种释放短波紫外线（波长是180nm-255nm）的LED光源，散热面积大、热阻小、导热性良好；结构合理、体积小、寿命长、效率高、耐振动、抗冲击、低压恒流工作、稳定性好、无污染、安全环保和紫外线辐射效率高。

附图说明

图1是本发明半球体石英玻璃透镜的短波紫外线LED光源。

图2是本发明长方体石英玻璃透镜的短波紫外线LED光源。

具体实施方式

本发明短波紫外线LED光源结构如图1和图2所示，基座1内安装支架8和至少一个导电电极6，基座1上部安装石英玻璃透镜3，石英玻璃透镜3通过硬度高、黏结性强的硬质硅树脂4黏结在基座1上，基座1与石英玻璃透镜3之间填充有柔软性极好的软质硅树脂7；支架8上固定有至少一个紫外发光芯片2，导电电极6上焊接固定导电金丝5。紫外线LED光源的芯片，均为能直接产生短波紫外线（253.7nm）或真空紫外线（185nm）的LED芯片。本发明的紫外线LED光源紫的外形为贴片式或直插式，基座1可为导热塑料或为金属或为陶瓷材质，支架8为导电、导热或导电和导热的载体，紫外发光芯片2或为单个或为两个或为多个，导电电极6或为单个或为两个或为多个，紫外发光芯片2排列或为单排单列或多列、或为双排单列或多列、或为多排和多列。

本发明采用紫外光透过率最高的石英玻璃（透过率95%），制作成紫外线LED光源的透镜，可以最大效率的透射出紫外线，根据光源的使用场合不同，光源的石英透镜外形可以做成半球体或正方体或长方体形状，镶嵌黏结于基座的圆形或正方形或长方形预留固定位置上。采用能产生180nm至255nm波长段的紫外线发光半导体（发光芯片）固定于支架上，并与石英玻璃透镜紧连接，使芯片发出的紫外线无需透过其它物质层，可以最大量的透射出来。采用大体积支架，使发光芯片产生的热量得以迅速的导出，降低光源芯片的工作温度，延长芯片的使用寿命和提高光源的品质。采用多导线形式的封装，根据芯片数量增加导线的数量。可以提高芯片的电流以及紫外线辐射量。采用导热塑料或为金属或为陶瓷材质制作的基座，可以最大效率的导出由光源产生的热量。基座可以根据紫外线LED光源的使用状况，设计成贴片（半球透镜或平板透镜）型和直插形的形式。根据使用产品的功率不同，芯片设计成单芯片、双芯片和多芯片光源。采用紫外光透过率高、耐紫外光辐射和耐热性好的硅树脂使用于黏结和填充材料。光源基座与透镜之间的空隙，采用固化后为弹性的硅树脂进行填充。弹性硅树脂有较低的机械强度，有利于保护芯片和电极引线（金线）。基座与石英透镜之间的结合，采用固化后硬度大、粘结性好的硅树脂黏结。硬度大的硅树脂可以更好的固定使用玻璃透镜。

本发明的紫外线LED光源充分利用石英玻璃的物理特性，采用透明石英玻璃作为紫外线LED的透镜。首先使紫外线LED的透镜硬度提高，不易产生磨损现象，不降低光束的透过率。其次耐酸、耐高温、热膨胀系数低使紫外线LED光源的寿命延长很多，再使253.7nm的短波紫外线和185nm的真空紫外线辐射出来，用以杀菌消毒和去除异味，抬高固定芯片支架的几何尺寸，利用LED的发光角度特性，使紫外线光束不照到基座和黏结材料上，延长基座和黏结材料的使用时间，利用基座的几何形状和相关尺寸，准确的固定透镜的位置，减少紫外发光芯片与透镜之间的尺寸，在芯片与透镜之间产生最小的距离，使紫外线可以直接由石英透镜穿透出来，避免了紫外光因穿透其它封装材料时所产生的光衰现象，充分利用半球石英玻璃的固定部位的曲线型结构，使用耐紫外光的黏结材料使之高强度的固定于基座上。

本发明充分考虑短波紫外（波长253.7nm）和真空紫外（185nm）的光线功能和物理特性，光源是由低电压、小电流驱动的半导体而直接产生180nm-255nm紫外线光光束，把大部分的电能转换成紫外光能，能源损耗极低，节省电能；产品为半导体元器件，不产生高热；产品为固体元件，不含汞、惰性气体和荧光粉等污染物质，不产生污染。

本发明是释放短波紫外线（波长是180nm-255nm）的LED光源，散热面积大、热阻小、导热性良好的LED节能光源；结构合理、体积小、寿命长、效率高、耐振动、抗冲击、低压恒流工作、稳定性好、无污染、安全环保和紫外线辐射效率高；产生短波紫外线强和透过率高；是一种专用于进行杀菌、消毒和去除挥发性有机化合物的短波（真空）紫外线LED光源元器件产品。结构合理、安全可靠、节省能源、寿命超长、不产生高热、不含重金属、低碳环保无污染，有高效杀菌消毒和消除挥发性有机物功能。

可使用于空气杀菌、液体杀菌、食品杀菌、异味去除、水净化处理等方面；

与传统紫外线杀菌汞灯比较的具体优势：

1、高效节能

在相同紫外线辐射和工作时间情况下，紫外线LED消耗的功率是普通紫外线汞灯消耗功率的70-80%，比普通紫外线汞灯省80%左右的电能。

2、超长寿命　

紫外线LED的使用可达五万小时，普通紫外线汞灯使用寿命仅1千-2千小时。是紫外线汞灯20-30倍。

3、安全系数高　

紫外线LED是直流工作，工作电压低、电流小，无安全隐患。

4、绿色环保　

普通紫外线（汞灯）灯管中含有汞和铅等有害元素；紫外线LED不含汞和铅等有害元素，有利于回收和利用，使用过程不产生电磁干扰。

5、延长寿命　

紫外线LED采用无波动稳压恒流的直流电源，无电源波动现象，在工作过程中不会发生闪烁。普通紫外线（汞灯）灯都是交流驱动，会产生频闪，长时间使用会极大地降低灯管的使用寿命。

6、光效率高　

紫外线LED发热小、高效利用电能，约90％的电能可转化为紫外线和可见光，普通白炽灯仅有20-30％电能转化为可见光,另80％的电能转化为热能，对有限的资源是一种极大的浪费。

8、排列组合

紫外线LED杀菌灯是由多个紫外线LED发光光珠组成，可以根据各种使用情况及需要，组合多种适合用户要求的应用产品。

可简单列为：

1：无噪音、清静舒适。

2：耐振动、抗冲击，稳定性高。

3：无频闪及二次污染，安全环保。

4：能耗低、低热量、辐射效率高，节约能源。

5：响应时间短、无电流冲击，减少电器损坏及更换。

6：无镇流器、启辉器，安装方便、免维护可长久使用。

7：使用环境宽——输入电源12V/24VDC、85-240V/AC 环境温度-30-50℃。适应于所有国家的电源使用。

8：固体光源、低压恒流恒压，亮度高（辐射剂量大）、安全可靠、寿命长。

9：光源小、可以根据需要制造成任何外形的产品（点光源、线光源、面光源等）。

10：广泛的用途——适用于化学、生物学（紫外线物理灭菌）、环境卫生（人体保健、工作场所灭菌和去除异味、家庭灭菌和去除异味、车辆杀菌和去除异味等）、医疗（治疗皮肤病）等场所的杀菌和去除异味工作，几乎所有的场合均可使用。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种短波紫外线LED光源，其特征在于：基座（1）内安装支架（8）和至少一个导电电极（6），基座（1）上部安装石英玻璃透镜（3），支架（8）上固定有至少一个紫外发光芯片（2），导电电极（6）上焊接固定导电金丝（5）。

2.根据权利要求1所述的一种短波紫外线LED光源，其特征在于：所述紫外发光芯片（2）为能直接产生短波紫外线或真空紫外线的LED光源芯片。

3.根据权利要求1所述的一种短波紫外线LED光源，其特征在于：所述石英玻璃透镜（3）通过硬质硅树脂（4）黏结在基座（1）上。

4.根据权利要求1所述的一种短波紫外线LED光源，其特征在于：所述基座（1）与石英玻璃透镜（3）之间填充有软质硅树脂（7）。

5.根据权利要求1所述的一种短波紫外线LED光源，其特征在于：所述石英玻璃透镜（3）为半球体或正方体或长方体。

6.根据权利要求5所述的一种短波紫外线LED光源，其特征在于：所述短波紫外线LED光源贴片式或直插式结构。

7.根据权利要求1所述的一种短波紫外线LED光源，其特征在于：所述基座（1）为导热塑料或金属或陶瓷材质；支架（8）为导电、导热或导电和导热的载体。