CN107221594B - 单面出光的陶瓷基板led灯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单面出光的陶瓷基板LED灯及其制备方法，所述单面出光的陶瓷基板LED灯包括陶瓷基板；LED芯片，所述LED芯片固定设置于所述陶瓷基板上；边框，所述边框固定设置在所述陶瓷基板上且环绕设置在所述LED芯片的外周，所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料；填充物，所述填充物填充设置在所述边框中且覆盖所述LED芯片。根据本发明实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯，能够更有效地将侧面光反射到正面出光，降低光损失，并提升导热效率，降低LED芯片的温度，进而延长LED灯的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种单面出光的陶瓷基板LED灯及其制备方法。
背景技术
陶瓷基板的大功率LED在越来越多的领域得到广泛的应用，虽然一般陶瓷的导热性能不如铜和铝，但氮化铝陶瓷的导热性能已经很接近铜和铝，而且陶瓷基板硬度高不变形，可以做的很薄，其优异的绝缘性抗腐蚀性和金属基板相比具有无可比拟的优越性，可以在很小的面积上实现高密度高功率发光。
由于光型的需要，在很多应用场合需要单面出光的LED，例如汽车前大灯，对射出的光斑的高低宽窄和形状都有严格的规定，一个五面发光的LED很难做到完美的光型，因此要求LED只在前面出光而侧面不出光，在如此窄小的陶瓷基板上实现单面出光很困难，而且极高的温度和震动环境对材料的要求极高，目前的办法是在陶瓷基板上加上一圈白色围坝胶，白色围坝胶通常为二氧化钛粉末与硅胶的混合物。
这种结构是借鉴了COB(Chip on Board；板上芯片封装)LED的做法，白色围坝胶的主要作用是把侧面的光挡住并反射回去，以达到只在正面出光侧面不出光的目的。但在实际应用中，采用白色围坝胶的LED灯具有以下几个方面的不足：
1.白色围坝胶实际上挡光和反射光的效果不是特别好，白色围坝胶成分是白色二氧化钛粉末掺在透明硅胶里，二氧化钛颗粒间充满了透明的硅胶，而且二氧化钛漫反射入射光，实际情况是很多光仍然可以进入且透过薄薄的白色围坝胶从侧面透出来；
2.光损失大，由于光线在白色围坝胶内部大量漫反射，造成很大的光损失；
3.由于掺入了高浓度的二氧化钛，白色围坝胶的粘接性能下降，在汽车大灯这种高温高震动环境下容易脱落，而降低二氧化钛的浓度又不能起到有效的挡光作用；
4.加工工艺复杂成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种单面出光的陶瓷基板LED灯，所述单面出光的陶瓷基板LED灯通过在LED芯片的外周设置一圈边框，且所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，由于高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料反光性能优异，光线不会进入内部漫反射，避免了光损失，而且金属材料边框导热性能远好于现有技术中的硅胶和二氧化钛，能够提升导热效率，降低LED芯片的温度，进而延长LED灯的寿命。
根据本发明的单面出光的陶瓷基板LED灯，所述单面出光的陶瓷基板LED灯包括陶瓷基板；LED芯片，所述LED芯片固定设置于所述陶瓷基板上；边框，所述边框固定设置在所述陶瓷基板上且环绕设置在所述LED芯片的外周，所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料；填充物，所述填充物填充设置在所述边框中且覆盖所述LED芯片。
根据本发明的单面出光的陶瓷基板LED灯，所述单面出光的陶瓷基板LED灯通过在LED 芯片的外周设置一圈边框，且所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，由于高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料反光性能优异，光线不会进入内部漫反射，避免了光损失，而且金属材料边框导热性能远好于现有技术中的硅胶和二氧化钛，能够提升导热效率，降低LED芯片的温度，进而延长LED灯的寿命。
另外，根据本发明上述的单面出光的陶瓷基板LED灯，还可以具有如下附加的技术特征：
所述高反光系数的金属材料是铝或不锈钢，所述表面镀有高反光层的金属材料是镀银的铝或镀银的铜或镀银的铁或镀银的其它金属，所述表面镀有高反光层的非金属材料是镀银的非金属材料或者电镀的非金属材料。
所述填充物还用于连接固定所述边框与所述陶瓷基板。
所述填充物是一定比例混合的荧光粉和硅胶。
所述LED芯片是白光LED芯片级封装，所述白光LED芯片级封装的外表面上涂敷有荧光粉，所述填充物是透明硅胶，且所述边框与所述陶瓷基板通过所述透明硅胶粘结固定。
所述边框的上表面位于所述LED芯片的上表面的外侧，所述边框的上表面与所述LED 芯片的上表面具有一高度差H，且50um≤H≤1000um。
所述陶瓷基板的材料是氧化铝或氮化铝。
所述陶瓷基板的厚度为0.15mm-1.0mm。
所述LED芯片为倒装结构或垂直结构或平行结构。
本发明还提供了一种制作单面出光的陶瓷基板LED灯的方法，所述方法包括以下步骤：在一真空室中将陶瓷基板固定在加热装置上，所述加热装置是加热台或加热板，将边框用耐高温双面胶带粘贴在一耐高温平板上，所述边框与所述陶瓷基板相对，其中，所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，所述陶瓷基板包括多个焊接固定在其表面的LED芯片，所述边框包括多个镂空部，所述多个镂空部的尺寸大于所述多个LED芯片的尺寸，且多个所述镂空部与多个所述LED芯片分别一一对应；将一定比例混合的荧光粉与硅胶涂敷在所述陶瓷基板表面，然后关闭所述真空室并抽真空；对所述陶瓷基板加热至150℃，并控制所述耐高温平板朝向所述加热装置运动直至所述边框与所述陶瓷基板相接触，从而对所述荧光粉与硅胶热压成型；当硅胶固化后，停止加热并放气，打开所述真空室将热压成一体的所述边框与所述陶瓷基板取出，将一体的所述边框与所述陶瓷基板依照所述多个LED芯片之间的间隙进行切割，以形成多个单体，其中多个所述单体的数量与多个所述LED芯片的数量相等。
根据本发明的制作单面出光的陶瓷基板LED灯的方法，不仅可实现大规模制作LED灯，工作效率较高，而且制作出的LED灯光损失少，导热效率高，寿命长。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的一个实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的剖面结构图；
图2是本发明的另一个实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的剖面结构图；
图3是本发明的又一个实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的剖面结构图；
图4是本发明的一个实施例的包括多个LED芯片的陶瓷基板的结构图；
图5是本发明的一个实施例的包括多个镂空部的边框的结构图；
图6是本发明的一个实施例的加热台与耐高温平板相隔离的结构图；
图7是本发明的另一个实施例的加热台与耐高温平板相隔离的结构图；
图8是本发明的一个实施例的加热台与耐高温平板相接触的结构图；以及
图9是本发明的另一个实施例的加热台与耐高温平板相接触的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明的一个实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的剖面结构图；图2是本发明的另一个实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的剖面结构图；图3是本发明的又一个实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的剖面结构图；图4是本发明的一个实施例的包括多个LED芯片的陶瓷基板的结构图；图5是本发明的一个实施例的包括多个镂空部的边框的结构图。参考图1-图5，本发明提供了一种单面出光的陶瓷基板LED灯，所述单面出光的陶瓷基板LED灯包括陶瓷基板10、LED(Lighting Emitting Diode；发光二极管)芯片20、边框30以及填充物40。
陶瓷基板10构成了LED灯的基本组成部分，其由陶瓷材料制备而成。
LED芯片20固定设置在陶瓷基板10上，具体地，LED芯片20可以通过表面封装技术或者焊接而固定连接在陶瓷基板10的表面上。在具体实施中，所述LED灯可以包括1个或多个LED芯片20。在本实施例中，所述LED灯包括4个LED芯片20，且4个LED芯片 20串联连接。
边框30固定设置在陶瓷基板10上且环绕设置在所述LED芯片20的外周，即LED芯片20可以位于陶瓷基板10的上表面的中心位置，边框30环绕设置在LED芯片20的外周且固定设置在陶瓷基板10上。
所述边框30是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，例如，所述边框30是金属材料时可以是铝或不锈钢；所述边框30是表面镀有高反光层的金属材料时可以是镀银的铝或银银的铜或镀银的铁或镀银的其它金属；所述边框30是表面镀有高反光层的非金属材料时可以是镀银的非金属材料或电镀的非金属材料。在本实施例中，所述边框30是以一铝片为例。
填充物40填充设置在所述边框30中且覆盖所述LED芯片20，填充物40不仅起着连接边框30与陶瓷基板10的作用，而且其覆盖LED芯片20从而起到保护LED芯片20的作用。
本发明实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯，所述单面出光的陶瓷基板LED灯通过在 LED芯片20的外周设置一圈边框30，且所述边框30是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，由于高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料反光性能优异，光线不会进入内部漫反射，避免了光损失，而且金属材料边框导热性能远好于现有技术中的硅胶和二氧化钛，能够提升导热效率，降低LED芯片20的温度，进而延长LED灯的寿命。
在具体实施中，所述填充物40还用于连接固定所述边框30与所述陶瓷基板10。参见图1，填充物40填充在所述陶瓷基板10与所述边框30之间以及填充在所述边框30中，填充物40覆盖LED芯片20，即填充物40不仅起着连接边框30与陶瓷基板10的作用，而且其覆盖LED芯片20从而起到改变光色和保护LED芯片20的作用。
在具体实施中，所述填充物40是一定比例混合的荧光粉和硅胶，参考图1，所述一定比例混合的荧光粉和硅胶填充在所述陶瓷基板10与所述边框30之间以及所述边框30中，即所述陶瓷基板10与所述边框30通过所述一定比例混合的荧光粉和硅胶粘接固定，由于荧光粉的浓度远低于现有技术中的白色围坝胶中二氧化钛的浓度，基本不影响硅胶粘接性能，而且厚度只有十几微米，露出的光线强度微乎其微。
在具体实施中，参考图2，所述LED芯片20以及陶瓷基板10上已经事先喷涂了一层荧光粉，涂层是透明硅胶与荧光粉的混合物，固化后形成一薄层，此时，所述填充物40 是透明硅胶60，即本实施例的LED芯片20及陶瓷基板10是预先涂敷了荧光粉，透明硅胶60覆盖所述LED芯片20，且透明硅胶60填充设置在边框30与陶瓷基板10之间以及边框30中，透明硅胶60起着粘结固定边框30与陶瓷基板10以及作为边框30中的填充介质的作用。
在具体实施中，参考图3，所述LED芯片20是白光LED芯片级封装(Chip Scale；CSP)，所述白光LED芯片级封装的外表面上涂敷有荧光粉，所述填充物40是透明硅胶60，且所述边框30与所述陶瓷基板10通过所述透明硅胶60粘结固定，即本实施例的LED芯片20是预先涂敷了荧光粉的白光LED芯片级封装，透明硅胶60覆盖所述LED芯片20，且透明硅胶60填充设置在边框30与陶瓷基板10之间以及边框30中，透明硅胶60起着粘结固定边框30与陶瓷基板10以及作为边框30中的填充介质的作用。
在具体实施中，也可以先在边框30与陶瓷基板10相对应的位置上涂敷一层透明硅胶，通过热压成型与陶瓷基板10热压粘接在一起，然后在每个LED芯片20上逐个滴上荧光粉与硅胶，控制剂量使得硅胶平面与边框30的平面齐平而不溢出，然后固化。
在具体实施中，所述边框30的上表面位于所述LED芯片20的上表面的外侧，所述边框30的上表面与所述LED芯片20的上表面具有一高度差H，且50um≤H≤1000um，即边框30的上表面高于LED芯片20的上表面，且边框30的上表面与LED芯片20的上表面具有一高度差H，150um≤H≤1000um，从而将LED芯片20设置在边框30中，起到保护 LED芯片20的作用。
在具体实施中，所述陶瓷基板10的材料是氧化铝或氮化铝。
在具体实施中，所述陶瓷基板10的厚度为0.15mm-1.0mm。
在具体实施中，所述LED芯片20为倒装结构或垂直结构或平行结构。在本实施中，所述LED芯片20是以一倒装结构为例。
在具体实施中，所述LED芯片20的发光颜色可以为蓝色，也可以为其它颜色，例如白色等。
在具体实施中，所述LED灯可以包括1-100个LED芯片20。在本实施例中，所述LED灯包括4个串联设置的LED芯片20。
在具体实施中，所述LED灯的形状可以根据实际需求设置，例如可以设置成长方形、正方形、椭圆形等。
在具体实施中，所述LED芯片20上的填充物40的上表面可以与边框30的上表面齐平，也可以稍微突出或凹进。
图4是本发明的一个实施例的包括多个LED芯片的陶瓷基板的结构图；图5是本发明的一个实施例的包括多个镂空部的边框的结构图；图6是本发明的一个实施例的加热台与耐高温平板相隔离的结构图；图7是本发明的另一个实施例的加热台与耐高温平板相隔离的结构图；图8是本发明的一个实施例的加热台与耐高温平板相接触的结构图；图9是本发明的另一个实施例的加热台与耐高温平板相接触的结构图。参考图4-图9，本发明还提出了一种制作上述实施例的单面出光的陶瓷基板LED灯的方法，所述方法具体包括以下步骤：
S1、在一真空室中将陶瓷基板10固定在加热装置100上，将边框30用耐高温双面胶带粘贴在一耐高温平板200上，所述边框30与所述陶瓷基板10相对，其中，所述边框30 是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，所述陶瓷基板10 包括多个焊接固定在其表面的LED芯片20，所述边框30包括多个镂空部31，所述多个镂空部31的尺寸大于所述多个LED芯片20的尺寸，且多个所述镂空部与多个所述LED芯片分别一一对应。
在具体实施中，所述加热装置100包括加热台或加热板。在本实施例中，所述加热装置100是以一加热台为例。
在具体实施中，所述边框30是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，例如，所述边框30是金属材料时可以是铝或不锈钢；所述边框30是镀层金属材料时可以是镀银的铝或银银的铜或镀银的铁或镀银的其它金属；所述边框30是镀层非金属材料时可以是镀银的非金属材料或电镀的非金属材料。在本实施例中，所述边框 30是以一铝片为例。
在具体实施中，陶瓷基板10的至少一表面上包括多个焊接固定的LED芯片20，边框30包括多个镂空部31，镂空部31的数量与LED芯片20的数量保持一致，且镂空部31的尺寸大于LED芯片20的尺寸，从而可以使得LED芯片20容纳在镂空部31中，起到保护 LED芯片20的作用。
本实施例中的陶瓷基板10位于下方，边框30位于陶瓷基板10的上方。在其它实施例中，也可以将陶瓷基板10与边框30的位置对调，即将边框30设置在下方，陶瓷基板10 设置在边框30的上方，将荧光粉与硅胶涂敷在位于下方的边框30上进行热压成型。
S2、将一定比例混合的荧光粉与硅胶涂敷在所述陶瓷基板10表面，然后关闭所述真空室并抽真空。
S3、对所述陶瓷基板10加热至150℃，并控制所述耐高温平板200朝向所述加热装置 100运动直至所述边框30与所述陶瓷基板10相接触，从而对所述荧光粉与硅胶热压成型。
通过控制耐高温平板200朝向所述加热装置100运动直至所述边框30与所述陶瓷基板 10相接触，且将边框30的镂空部31的尺寸设置成大于LED芯片20的尺寸，从而可以将LED芯片20容纳在所述镂空部31中，且通过热压成型将所述荧光粉与硅胶填充在所述陶瓷基板10与边框30之间以及边框30中。
S4、当硅胶固化后，停止加热并放气，打开所述真空室将热压成一体的所述边框30与所述陶瓷基板10取出，将一体的所述边框30与所述陶瓷基板10依照所述多个LED芯片20之间的间隙进行切割，以形成多个单体，其中多个单体的数量与多个所述LED芯片 20的数量相等。
即当硅胶固化后，将一体的所述边框30与所述陶瓷基板10取出，按照单个LED芯片20外周的轮廓进行切割，从而形成单个的带有金属边框且单面出光的陶瓷基板LED灯。
在具体实施中，所述硅胶固化后在常温的硬度在邵氏40A以上。
根据本发明的制作单面出光的陶瓷基板LED灯的方法，不仅可实现大规模制作LED灯，工作效率较高，而且制作出的LED灯光损失少，导热效率高，寿命长。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种单面出光的陶瓷基板LED灯，其特征在于，包括：
陶瓷基板，所述陶瓷基板为单面出光；
LED芯片，所述LED芯片固定设置于所述陶瓷基板上；
边框，所述边框固定设置在所述陶瓷基板上且环绕设置在所述LED芯片的外周，所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料；
填充物，所述填充物填充设置在所述边框中且覆盖所述LED芯片；填充物还用于连接固定所述边框与所述陶瓷基板；所述填充物是一定比例混合的荧光粉和硅胶，或者，先用荧光粉喷涂在陶瓷基板和LED芯片上，再用所述硅胶填充设置在边框与陶瓷基板和LED芯片之间；或者，所述LED芯片是白光LED芯片级封装，所述白光LED芯片级封装的外表面上涂敷有荧光粉，所述填充物是透明硅胶，且所述边框与所述陶瓷基板通过所述透明硅胶粘结固定。
2.根据权利要求1所述的单面出光的陶瓷基板LED灯，其特征在于，所述高反光系数的金属材料是铝或不锈钢，所述表面镀有高反光层的金属材料是镀银的铝或镀银的铜或镀银的铁或镀银的其它金属，所述表面镀有高反光层的非金属材料是镀银的非金属材料或者电镀的非金属材料。
3.根据权利要求1所述的单面出光的陶瓷基板LED灯，其特征在于，所述边框的上表面位于所述LED芯片的上表面的外侧，所述边框的上表面与所述LED芯片的上表面具有一高度差H，且50um≤H≤1000um。
4.根据权利要求1所述的单面出光的陶瓷基板LED灯，其特征在于，所述陶瓷基板的材料是氧化铝或氮化铝。
5.根据权利要求1所述的单面出光的陶瓷基板LED灯，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度为0.15mm-1.0mm。
6.根据权利要求1所述的单面出光的陶瓷基板LED灯，其特征在于，所述LED芯片为倒装结构或垂直结构或平行结构。
7.一种制作单面出光的陶瓷基板LED灯的方法，其特征在于，用于制作上述权利要求你1-6任意一项所述的单面出光的陶瓷基板LED灯，包括以下步骤：
在一真空室中将陶瓷基板固定在加热装置上，所述加热装置是加热台或加热板，将边框用耐高温双面胶带粘贴在一耐高温平板上，所述边框与所述陶瓷基板相对，其中，所述边框是高反光系数的金属材料或表面镀有高反光层的金属材料或非金属材料，所述陶瓷基板包括多个焊接固定在其表面的LED芯片，所述边框包括多个镂空部，所述多个镂空部的尺寸大于所述多个LED芯片的尺寸，且多个所述镂空部与多个所述LED芯片分别一一对应；所述陶瓷基板为单面出光；
将一定比例混合的荧光粉与硅胶涂敷在所述陶瓷基板表面，然后关闭所述真空室并抽真空；
对所述陶瓷基板加热至150℃，并控制所述耐高温平板朝向所述加热装置运动直至所述边框与所述陶瓷基板相接触，从而对所述荧光粉与硅胶热压成型；
当硅胶固化后，停止加热并放气，打开所述真空室将热压成一体的所述边框与所述陶瓷基板取出，将一体的所述边框与所述陶瓷基板依照所述多个LED芯片之间的间隙进行切割，以形成多个单体，其中多个所述单体的数量与多个所述LED芯片的数量相等。
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