CN105609495A - 一体化量子点led植物生长灯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一体化量子点LED植物生长灯及其制备方法：所述植物生长灯包括铝基板、固晶于铝基板上的LED芯片组、起固晶作用的导热粘结胶、铝基板上的铜箔电路、铜箔电路上用于固定金线的镀银电极、涂覆在LED芯片组之上的红色量子点层、涂覆在红色量子点层上的硅胶封装层、防止量子点溶液和填充硅胶四处外流的围坝胶、在围坝胶外围实现二次配光的点阵透镜，以及与铜箔电路相连并引出至外部的电极引线，由于采用了红色量子点，且量子点均匀涂覆在LED芯片上，因此可发出适合不同植物生长的、混合均匀的红、蓝混合光。

Description

一体化量子点LED植物生长灯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种一体化量子点LED植物生长灯及其制备方法。
背景技术
近年来，能促进植物生长的led照明产品引人注目，这些led照明产品被誉为“植物工厂”。据行业分析机构报道，2013年全球植物工厂led灯具产值高达12亿美元，较2012年增长了27％。而且，led生物照明还在畜禽与水产养殖、植物组培、食用菌培育、诱鱼灯与诱虫灯应用等方面“一展身手”。中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所研究员刘文科认为，对现代农业而言，人工光照明的需求是必要的、迫切的。
与传统植物灯相比，led植物照明灯具有节能高效的明显优势。国际led大厂如飞利浦、三菱化学、首尔半导体、台湾亿光、昭和电工、日本锅清等纷纷投资生物照明领域，使得产业发展呈快速增长趋势。刘文科提供了一份数据，从全球市场来看，初步统计2013年led生物照明市场已达到千万美元规模，预计2017年可望达3亿美元。目前，led生物照明应用集中在农业土地资源稀少或从事农业人员较少的国家和地区，日本、韩国、美国、欧洲等地是led生物照明主要销售市场。在我国，设施园艺、循环水养殖、远海捕捞、植物保护、城市农业、家庭农业等行业均对led半导体照明有迫切需求，呈现出全面发展的势头。
然而，传统的LED存在诸多缺陷：1.价格昂贵；2.出光效率低；3.实际使用寿命和理论寿命存在很大差距；4.散热能力不好，发热量较大；5.不能方便的调制植物生长所需的红光；6.灯具的配光方式单一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体化量子点LED植物生长灯及其制备方法，该LED植物生长灯红光波长丰富且配光方式多样化。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一体化量子点LED植物生长灯，包括一体化LED封装散热基板、固晶于所述散热基板上的多个LED芯片以及起固晶作用的导热粘结胶，所述散热基板上设置有用于使所述多个LED芯片以并联或串联方式连接为一体的铜箔电路，所述铜箔电路上设置有用于固定金线的电极，各个LED芯片与对应的电极通过金线相连，各个LED芯片上分别设置有由均匀离散分布的红色量子点组成的发光层，所述发光层上设置有硅胶封装层，所述硅胶封装层的外侧设置有用于配光的点阵透镜。
所述LED芯片采用蓝光芯片，所述红色量子点在蓝光的激发下产生的红光的峰值波长为610-780nm。
所述导热粘结胶由石墨烯或氧化石墨烯与环氧树脂混合而成，导热粘结胶中石墨烯或氧化石墨烯的质量分数为1-5％。
所述点阵透镜包括设置于所述硅胶封装层外侧的圆柱状透明筒体以及设置于所述透明筒体的端面上的屋脊棱锥微透镜阵列或四棱锥微透镜阵列。
所述散热基板采用铝基板。
上述一体化量子点LED植物生长灯的制备方法，包括以下步骤：1)通过一体化封装技术，直接把多个LED芯片固晶于所述散热基板上；2)经过步骤1)后，在所述散热基板上的LED芯片固定位置外围点围坝胶，并加热固化围坝胶；3)经过步骤2)后，在LED芯片上滴涂红色量子点溶液，使红色量子点溶液完全覆盖LED芯片，同时，利用对所述散热基板进行加热的方式使覆盖在LED芯片上的红色量子点溶液迅速干燥，重复滴涂红色量子点溶液以及干燥，从而形成所述发光层，然后在所述发光层上涂覆硅胶，并通过加热固化形成所述硅胶封装层；4)经过步骤3)后，将点阵透镜安装在所述硅胶封装层的外侧，并与所述散热基板固定。
所述干燥的温度为50-150℃。
所述步骤1)具体包括以下步骤：首先按要求加工得到具有一定形状的铝基板；然后在所述铝基板上制备铜箔电路，然后在铜箔电路上制备电极；然后利用导热粘结胶将LED芯片固晶于所述铝基板上，然后通过焊接金线使LED芯片和电极连接。
所述量子点溶液的浓度为1-10mg/mL，量子点溶液以甲苯或正己烷为溶剂，量子点溶液在LED芯片上单次滴注200-1000μL。
本发明的有益效果体现在：
本发明利用红色量子点的光致发光特点，可以通过选用不同种类和大小的量子点产生不同峰值波长及光谱范围的红光，以匹配不同的植物，实现对不同植物生长所需红光波长的调制，其可与LED芯片所发蓝光组合，与植物生长所需要的光波波长能够匹配。同时，利用每一个量子点LED光源(量子点LED光源由所述LED芯片、发光层以及硅胶封装层等主要部分构成)上安装的点阵透镜实现二次配光，将光折射到实际需要的方向上，从而可以获得不同发散角的光斑，满足不同环境照明的需求。
进一步的，本发明采用了一体化LED封装技术，可减小热阻，缩短散热流程，很好的实现散热，提高了灯具的效率和寿命。
进一步的，本发明采用的导热粘结胶具有粘结能力强、导热性能好的优点，可进一步优化一体化封装。
进一步的，本发明采用滴涂红色量子点溶液以及干燥的方式，可以使红色量子点均匀分布于LED芯片表面，获得均匀的红光，从而在整个照明范围内得到均匀的光质比，使照射到植物上的光更均匀，更有利于植物生长。
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，不仅能获得与不同植物生长相匹配的各种红光波长，解决了高成本的问题，加工方便，而且可根据需要获得不同方式的配光。
附图说明
图1是本发明所述的一体化量子点LED植物生长灯的封装结构示意图；
图2是本发明所述的点阵透镜的结构示意图，其中，a为四棱锥微透镜阵列，b为屋脊棱锥微透镜阵列；
图3是本发明所述的LED芯片在铝基板上固晶方式的示意图；
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为电极，6为发光层，7为硅胶封装层，8为围坝胶，9为点阵透镜，10为电极引线。
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。
如图1、图2a、图2b以及图3所示，本发明提供一种一体化封装结构的量子点LED植物生长灯，该植物生长灯包括铝基板1、固晶于铝基板1上的LED芯片组，该植物生长灯还包括起固晶作用的导热粘结胶3、设置于铝基板1上的刻蚀为一定形状的铜箔电路4以及设置于铜箔电路4上的用于固定金线的镀银电极5，LED芯片组的各个LED芯片2上涂覆有发光层6，红色量子点均匀分布于该层，红色量子点能被LED芯片发出的蓝光或紫外光激发出红光，在发光层6上覆盖硅胶封装层7，在硅胶封装层7的外侧设置有能实现二次配光、使光具有不同发散角的点阵透镜9，铜箔电路4通过电极引线10与外部电路连接。
所述LED芯片组中的LED芯片2通过金线和铜箔电路4串联呈线型排列形式，并固晶于铝基板1上。
所述导热粘结胶3由石墨烯或氧化石墨烯与环氧树脂混合而成，导热粘结胶中石墨烯或氧化石墨烯的质量分数为1-5％。
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。
所述点阵透镜9做成四棱锥(图2a)或屋脊棱锥(图2b)微透镜形式，可以获得不同发散角的光斑，比如10°×65°、160°、170°等。
上述一体化封装结构的量子点LED植物生长灯的封装方法，包括以下步骤：
1.铝基板导入：按植物生长灯所需照射功率要求设计LED的铜箔电极拓扑图，加工铝基板1，经清洗、烘干备用。通过FeCl3溶液刻蚀铜箔电路4。
2.芯片检验：检验LED芯片2的极性、电极大小以及芯片尺寸大小是否符合工艺要求，材料表面是否有机械损伤；
3.固晶：利用AD8930自动固晶机进行固晶；
4.焊线：利用Eagle60自动焊线机进行焊线；
5.检测：检查焊线部分是否有漏焊、断线等情况，使金线在LED芯片2和铜箔电路上的镀银电极5之间形成良好接触，以确保LED芯片之间连接状态良好；
6.点胶：在常温下，利用点胶机在铝基板1上按照矩阵的排列方式点围坝胶，然后在120-130℃条件下固化1-1.5小时，所述围坝胶8呈线性排列，将芯片和电极围入一个矩形或圆形区域内，形成矩形或圆形硅胶封装区，防止量子点溶液和硅胶外流；
7.点量子点：将上述铝基板1放在110℃的加热平台上，然后将红色量子点溶液直接滴涂在LED芯片2之上，使红量子点溶液完全覆盖LED芯片2，并且每滴涂完一次，等烘干了之后，重复所述滴涂以及烘干若干次，直到发光颜色达到要求为止；
8.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，在110-130℃条件下固化1.5-2.5小时；
9.点阵透镜的安装：用紫外光固胶粘连圆形点阵透镜9，然后用紫外光固化，使点阵透镜9与铝基板1固定在一起，即得一体化封装结构的量子点LED植物生长灯；
10.测试：将得到的植物生长灯进行光电参数以及外形尺寸的测试。
实例：
采用蓝光芯片以及红色CdSe/ZnSe核壳结构量子点，甲苯或正己烷为溶剂，量子点溶液浓度为1-10mg/mL，在LED芯片上每次滴注200-1000μL。经检测，光效为25-40lm/w，蓝光中心波长为450nm，红光中心波长为645nm。

Claims (9)

1.一体化量子点LED植物生长灯，其特征在于：包括一体化LED封装散热基板、固晶于所述散热基板上的多个LED芯片(2)以及起固晶作用的导热粘结胶(3)，所述散热基板上设置有用于使所述多个LED芯片(2)连接为一体的铜箔电路(4)，所述铜箔电路(4)上设置有用于固定金线的电极(5)，各个LED芯片(2)与对应的电极(5)通过金线相连，各个LED芯片(2)上分别设置有由均匀离散分布的红色量子点组成的发光层(6)，所述发光层(6)上设置有硅胶封装层(7)，所述硅胶封装层(7)的外侧设置有用于配光的点阵透镜(9)。
2.如权利要求1所述的一体化量子点LED植物生长灯，其特征在于：所述LED芯片(2)采用蓝光芯片，所述红色量子点在蓝光的激发下产生的红光的峰值波长为610-780nm。
3.如权利要求1所述的一体化量子点LED植物生长灯，其特征在于：所述导热粘结胶(3)由石墨烯或氧化石墨烯与环氧树脂混合而成，导热粘结胶中石墨烯或氧化石墨烯的质量分数为1-5％。
4.如权利要求1所述的一体化量子点LED植物生长灯，其特征在于：所述点阵透镜(9)包括设置于所述硅胶封装层(7)外侧的圆柱状透明筒体以及设置于所述透明筒体的端面上的屋脊棱锥微透镜阵列或四棱锥微透镜阵列。
5.如权利要求1所述的一体化量子点LED植物生长灯，其特征在于：所述散热基板采用铝基板(1)。
6.如权利要求1所述的一体化量子点LED植物生长灯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)通过一体化封装技术，直接把多个LED芯片(2)固晶于所述散热基板上；2)经过步骤1)后，在所述散热基板上的LED芯片(2)固定位置外围点围坝胶(8)，并加热固化围坝胶(8)；3)经过步骤2)后，在LED芯片(2)上滴涂红色量子点溶液，使红色量子点溶液完全覆盖LED芯片(2)，同时，利用对所述散热基板进行加热的方式使覆盖在LED芯片(2)上的红色量子点溶液迅速干燥，重复滴涂红色量子点溶液以及干燥，从而形成所述发光层(6)，然后在所述发光层(6)上涂覆硅胶，并通过加热固化形成所述硅胶封装层(7)；4)经过步骤3)后，将点阵透镜(9)安装在所述硅胶封装层(7)的外侧，并与所述散热基板固定。
7.如权利要求6所述的一体化量子点LED植物生长灯的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为50-150℃。
8.如权利要求6所述的一体化量子点LED植物生长灯的制备方法，其特征在于：所述步骤1)具体包括以下步骤：首先加工得到具有一定形状的铝基板(1)；然后在所述铝基板(1)上制备铜箔电路(4)，然后在铜箔电路(4)上制备电极(5)；然后利用导热粘结胶(3)将LED芯片(2)固晶于所述铝基板(1)上，然后通过焊接金线使LED芯片(2)和电极(5)连接。
9.如权利要求6所述的一体化量子点LED植物生长灯的制备方法，其特征在于：所述量子点溶液的浓度为1-10mg/mL，量子点溶液以甲苯或正己烷为溶剂，量子点溶液在LED芯片上单次滴注200-1000μL。
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