CN104617206B - 一种能催熟果实的红光led灯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能催熟果实的红光LED灯及其制备方法，灯具包括一体化封装LED灯、具有散热作用的支撑杆、固定支撑杆的螺丝、与一体化封装LED灯的电极相连并引出至外部的电极引线以及粘在一体化封装LED灯上、防水的透明塑料薄膜，本发明是平板型LED，不仅有与植物生长相匹配的波长，有利于促进果实成熟，发光面积大，加工方便，而且很好的解决了LED的散热问题，工作稳定。

Description

一种能催熟果实的红光LED灯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种能催熟果实的红光LED灯，特别是一种满足不同植物生长需要的、不同红光波长的LED灯。
背景技术
番茄红素是一种重要的生理功能性色素，它的抗癌作用逐渐受到人们的重视，用红光照射番茄果实后，番茄红素积累增加。Northern分析表明果实中光敏色素A的mRNA在果实成熟时增加了11.4倍。果皮组织的光谱测定表明，果实从绿熟期到红色成熟期阶段红光的光谱比值增加了4倍，表明番茄果实中番茄红素积累是由位于果实中的光敏色素通过光诱导调节的。红光处理能提高番茄果实可滴定酸的含量，单色红光处理下，组培苗陡长明显。
国内外高校、农业研究所等科研机构最近几年加大科技力量的投入，尤其是LED光源出现，更是促进了光在植物照明中量化的研究。因植物品种多样，每一种植物生长习性不同，且植物生长周期较长，LED植物照明针对性非常强，目前尚处于实验室研究阶段，但在各地方政府及LED灯具企业的推动下，针对某几种植物的研究成果转化进入快车道，LED大规模应用指日可待。
然而，传统的LED存在诸多缺陷：1.出光效率低；2.实际使用寿命和理论寿命存在很大差距；3.散热能力不好，发热量较大；4.灯具的发光波长不一定和植物生长波长相匹配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能催熟果实的红光LED灯及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种能催熟果实的红光LED灯，包括一体化封装的红光LED灯、插入于土壤的具有导热作用的支撑杆以及设置在一体化封装的红光LED灯上的防水透明层(例如可以采用透明塑料薄膜)，所述一体化封装的红光LED灯包括表面具有氧化铝层的与支撑杆相连的铝基板、固晶于铝基板上的LED芯片组、设置于铝基板上的起固晶作用的导热粘结胶、设置于铝基板上的用于与LED芯片组的各个LED芯片组成回路的铜箔电路、设置于铜箔电路上的用于固定金线的镀银电极以及与铜箔电路相连并引出至外部的电极引线，LED芯片采用蓝光芯片，LED芯片的正极和负极通过金线与对应镀银电极相连，LED芯片上设置有红色荧光粉层，红色荧光粉层上设置有硅胶封装层。
所述铝基板上开设有若干个用于盛放杀虫剂溶液或灭菌剂溶液或液态水的圆柱形凹槽，防水透明层上与圆柱形凹槽对应位置处开孔。
所述导热粘结胶由SnTe粉、石墨粉、环氧树脂胶以及导热金属颗粒按SnTe粉:石墨粉:环氧树脂胶:导热金属颗粒＝1:1:3:5的质量比混合而成。
所述导热金属为银或铝。
所述LED芯片组以矩阵形式排布于铝基板上。
上述能催熟果实的红光LED灯的制备方法，包括以下步骤：
1)一体化封装的红光LED灯的制备
1.1)在铝基板上开设若干个圆柱形凹槽，然后通过阳极氧化处理在铝基板表面形成氧化铝层；
1.2)经过步骤1.1)后，在所述铝基板的一侧表面粘贴铜箔，然后根据LED芯片组的排布对铜箔进行刻蚀得到铜箔电路，在铜箔电路对应处焊接镀银电极，并在所述铝基板对应处点上导热粘结胶，将LED芯片粘在导热粘结胶上面，然后在150～160℃下烘烤1.5～2小时，使LED芯片固晶于铝基板上；
1.3)利用超声金丝球焊机使金线在镀银电极和LED芯片之间形成良好接触，然后在铝基板上LED芯片的固晶位置周围点围坝胶，在120～130℃下使围坝胶固化1～1.5小时得环绕LED芯片以及对应镀银电极的围坝胶框，在围坝胶框内的LED芯片上涂覆红色荧光粉胶，使红色荧光粉胶完全覆盖对应LED芯片，然后在50～60℃下固化1～1.5小时得红色荧光粉层；
1.4)在红色荧光粉层上涂覆硅胶，然后在120～130℃条件下使硅胶固化2～2.5小时得硅胶封装层；
2)将所述支撑杆用螺丝固定在铝基板上，然后用防水透明层包覆一体化封装的红光LED灯，然后在防水透明层上与圆柱形凹槽对应位置处开孔。
所述导热粘结胶的制备方法包括以下步骤：
1)将SnTe粉、石墨粉、环氧树脂胶和导热金属颗粒按SnTe粉:石墨粉:环氧树脂胶:导热金属颗粒＝1:1:3:5的质量比混合得混合物；
2)将混合物搅拌2分钟后再静置5分钟，得到导热粘结胶。
本发明与现有技术相比，至少具有以下优点：本发明是平板型LED，不仅有与植物生长相匹配的波长(根据果实成熟的需要，利用不同的红色荧光粉产生相应波长的红光)，有利于促进果实成熟，发光面积大，加工方便，而且很好的解决了LED的散热问题，工作稳定。
本发明通过制备和使用掺杂有SnTe、石墨以及导热金属的粘结胶，显著的提高了LED与铝基板间的导热，且通电时，LED产生的热冲击首先被SnTe所吸收，从而稳定了LED的结温，继而能稳定LED的光效。
附图说明
图1是本发明所述能催熟果实的红光LED灯的结构示意图；
图2是本发明所述一体化封装的红光LED灯的结构示意图；
图3是固晶示意图；
图中：1为铝基板，2为LED芯片，3为导热粘结胶，4为铜箔电路，5为镀银电极，6为红色荧光粉层，7为硅胶封装层，8为围坝胶框，9为圆柱形凹槽，10为电极引线，11为一体化封装的红光LED灯，12为支撑杆，13为螺丝，14为透明塑料薄膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述，实施例是对本发明的解释，而不是限定。
本发明提供了一种能催熟果实的红光LED灯。
如图1所示，该能催熟果实的红光LED灯包括一体化封装的红光LED灯11，能插入土壤的、具有散热作用的支撑杆12、在支撑杆12和一体化封装的红光LED灯11之间起连接固定作用的螺丝13、与一体化封装的红光LED灯11的电路相连的电极引线10，以及粘在一体化封装的红光LED灯上的具有防水作用的透明塑料薄膜14。
所述的能插入土壤的、具有散热作用的支撑杆是一种底部尖锐、能向土壤散热的定位器，使一体化封装的红光LED灯易于固定，支撑杆采用铝或高导热陶瓷材料制成，能把一体化封装的红光LED灯工作时产生的热量导入土壤中，一方面降低灯具温度，提高发光效率和颜色的稳定性；另一方面加热土壤、提高农作物根部的温度，易于植物生长。采用螺丝把支撑杆和一体化封装的红光LED灯牢牢的固定在一起。用金属铝制作支撑杆时，其表面需要进行阳极氧化，产生一层氧化铝，抵制酸、碱、水等腐蚀。灯具可以通过支撑杆以任意角度和方向插入土壤之中，使一体化封装的红光LED灯可以从下往上根据需要照射各个方向。
所述一体化封装的红光LED灯11包括铝基板1、固晶于铝基板1上的LED芯片2、起固晶作用的导热粘结胶3、铝基板1上刻蚀为如图2中所示矩形形状的铜箔电路4、铜箔电路4末端焊接的用于固定金线的镀银电极5、涂覆在LED芯片2之上的红色荧光粉层6、涂覆在红色荧光粉层6上的硅胶封装层7、防止荧光粉胶和硅胶四处外流的围坝胶框8以及开设于铝基板上的能蒸发杀虫灭菌剂溶液或液态水、提高散热效果的圆柱形凹槽9。
起散热、支撑作用的铝基板(3mm以上)上设置有起绝缘作用的氧化铝层，铜箔通过粘结胶经高温热压固定于氧化铝层之上。为了有利于铝基板散热及形成合理的光强分布，铝基板可加工为圆形、方形、三角形、菱形等形状。为了实现LED芯片之间的电连接，铜箔被刻蚀加工为电路。所述LED芯片2通过金线和铜箔电路4串联，LED芯片固晶于铝基板上，并呈矩阵形式排列，形成LED芯片组。
所述导热粘结胶3先由SnTe、石墨、粘结胶(环氧树脂胶)、银颗粒按1:1:3:5(SnTe:石墨:环氧树脂胶:银颗粒)的质量比例混合，再将混合物搅拌2分钟后静置5分钟，得导热粘结胶。
采用了GaN蓝光芯片和一定发射波长的红色高效荧光粉，LED芯片所发蓝光光子激发红色荧光粉发出红光，当红色荧光粉浓度足够大时，LED就发出纯红光。通过选择合适的红色荧光粉以及浓度，实现对于不同果实成熟所需红光波长的匹配，例如采用4CzTPN-Ph荧光粉，质量浓度为20％，峰值波长为635nm，光谱中几乎无蓝光。
所述镀银电极5由镀银金属片构成，并用焊锡粘在铜箔电路4对应处。
所述围坝胶框8也呈矩阵排列，将芯片和电极围在一个小矩形或圆形区域内，防止荧光粉胶和硅胶外流。
当灯具垂直向上照射时，可在圆柱形凹槽9中滴入挥发性杀菌、杀虫剂，利用LED产生的热量促使药液挥发，一方面起到熏蒸、杀虫、灭菌的效果；另一方面促进LED灯具散热，提高其光效。或者，可在圆柱形凹槽9中滴入液态水，利用LED产生的热量促使液态水蒸发，一方面，通过水的蒸发作用，控制大棚内的空气湿度，促进作物生长；另一方面，通过水蒸发的吸热作用，降低灯具的温度，提高LED的光效。
本发明所述能催熟果实的红光LED灯的制备方法包括以下步骤：
1.刻蚀电路：将一定大小的铝基板(其上预先加工有圆柱形凹槽及进行阳极氧化)上粘着铜箔的一面画好电路图案，然后用宽的透明胶带完全包住铝基板和铜箔，用小刀按画好的电路图案抠掉不作为电路部分的透明胶带，最后放在FeCl3溶液里浸泡，腐蚀掉不作为电路部分的铜箔，5～6个小时后取出，撕掉透明胶带，铜箔电路制作完成；
2.芯片检验：检验LED芯片的极性及电极大小以及芯片尺寸大小是否符合工艺要求(表面无破损、电极之间无短路、光效、发光波长符合质量指标)，材料表面是否有机械损伤；
3.扩晶：由于LED芯片在划片后，其间距非常小，大约为0.1mm，不利于后续操作，因此，采用扩片机对固定芯片的薄膜进行扩张，使LED芯片之间的间距为0.6mm，扩晶是在0.2～1MPa的条件下进行的；
4.刺晶：先在铝基板上对应处点上导热粘结胶，将步骤3得到的LED芯片安置在刺晶台的夹具上，在显微镜下利用刺晶笔将LED芯片一个一个地刺到相应点导热粘结胶之处；
5.固晶：然后在150～160℃条件下烘烤1.5～2小时，从而，使得LED芯片与铝基板良好接触；
6.焊线：用超声金丝球焊机使金线在LED芯片的电极和对应的镀银电极之间形成良好的欧姆接触；
7.检测：检查焊线部分是否有漏焊、断线等情况，以确保LED芯片之间连接状态良好；
8.点胶：在常温下，利用点胶机在铝基板上同样按照矩阵的排列方式在芯片固晶位置周围点围坝胶，然后在120～130℃条件下固化1～1.5小时；
9.点粉：将红色荧光粉胶直接点在LED芯片之上，使荧光粉完全覆盖LED芯片，然后在50～60℃条件下固化1～1.5小时；
10.封装及固化：将搅拌均匀的硅胶涂覆在围坝胶所围的区域内，完全覆盖住LED芯片；接着，将上述得到的器件在120～130℃条件下固化2～2.5小时，即得一体化封装的红光LED灯；
11.测试：将得到的一体化封装的红光LED灯进行光电参数以及外形尺寸的测试。
12.以表面经过阳极氧化(形成一层氧化铝层)的铝制杆或高导热陶瓷杆为支撑杆，将支撑杆一头加工成尖锥形(用于插入土壤)，另一头加工成螺丝能固定的形状。
13.在一体化封装的红光LED灯中心上钻一个洞，然后用螺丝将支撑杆固定在一体化封装的红光LED灯的铝基板上。
14.为了防水，再在一体化封装的红光LED灯上粘一层塑料透明薄膜(在薄膜的与圆柱形凹槽对应的区域开孔)。

Claims (6)

1.一种能催熟果实的红光LED灯，其特征在于：包括一体化封装的红光LED灯(11)、插入于土壤的具有导热作用的支撑杆(12)以及设置在一体化封装的红光LED灯(11)上的防水透明层，所述一体化封装的红光LED灯(11)包括表面具有氧化铝层的与支撑杆(12)相连的铝基板(1)、固晶于铝基板(1)上的LED芯片组、设置于铝基板(1)上的起固晶作用的导热粘结胶(3)、设置于铝基板(1)上的用于与LED芯片组的各个LED芯片(2)组成回路的铜箔电路(4)、设置于铜箔电路(4)上的用于固定金线的镀银电极(5)以及与铜箔电路相连并引出至外部的电极引线(10)，LED芯片(2)采用蓝光芯片，LED芯片(2)的正极和负极通过金线与对应镀银电极相连，LED芯片(2)上设置有红色荧光粉层(6)，红色荧光粉层(6)上设置有硅胶封装层(7)；
所述铝基板(1)上开设有若干个用于盛放杀虫剂溶液或灭菌剂溶液或液态水的圆柱形凹槽(9)，防水透明层上与圆柱形凹槽对应位置处开孔。
2.根据权利要求1所述一种能催熟果实的红光LED灯，其特征在于：所述导热粘结胶(3)由SnTe粉、石墨粉、环氧树脂胶以及导热金属颗粒按SnTe粉:石墨粉:环氧树脂胶:导热金属颗粒＝1:1:3:5的质量比混合而成。
3.根据权利要求2所述一种能催熟果实的红光LED灯，其特征在于：所述导热金属为银或铝。
4.根据权利要求1所述一种能催熟果实的红光LED灯，其特征在于：所述LED芯片组以矩阵形式排布于铝基板(1)上。
5.一种制备如权利要求1所述能催熟果实的红光LED灯的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)一体化封装的红光LED灯的制备
1.1)在铝基板(1)上开设若干个圆柱形凹槽(9)，然后通过阳极氧化处理在铝基板表面形成氧化铝层；
1.2)经过步骤1.1)后，在所述铝基板的一侧表面粘贴铜箔，然后根据LED芯片组的排布对铜箔进行刻蚀得到铜箔电路(4)，在铜箔电路对应处焊接镀银电极(5)，并在所述铝基板对应处点上导热粘结胶(3)，将LED芯片(2)粘在导热粘结胶上面，然后在150～160℃下烘烤1.5～2小时，使LED芯片固晶于铝基板上；
1.3)利用超声金丝球焊机使金线在镀银电极(5)和LED芯片(2)之间形成良好接触，然后在铝基板(1)上LED芯片的固晶位置周围点围坝胶，在120～130℃下使围坝胶固化1～1.5小时得环绕LED芯片以及对应镀银电极的围坝胶框(8)，在围坝胶框内的LED芯片上涂覆红色荧光粉胶，使红色荧光粉胶完全覆盖对应LED芯片，然后在50～60℃下固化1～1.5小时得红色荧光粉层(6)；
1.4)在红色荧光粉层(6)上涂覆硅胶，然后在120～130℃条件下使硅胶固化2～2.5小时得硅胶封装层(7)；
2)将所述支撑杆(12)用螺丝固定在铝基板(1)上，然后用防水透明层包覆一体化封装的红光LED灯，然后在防水透明层上与圆柱形凹槽对应位置处开孔。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述导热粘结胶(3)的制备方法包括以下步骤：
1)将SnTe粉、石墨粉、环氧树脂胶和导热金属颗粒按SnTe粉:石墨粉:环氧树脂胶:导热金属颗粒＝1:1:3:5的质量比混合得混合物；
2)将混合物搅拌2分钟后再静置5分钟，得到导热粘结胶。
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