CN108300454A - 高散热性半导体照明用荧光粉材料 - Google Patents
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Abstract
高散热性半导体照明用荧光粉材料，涉及半导体发光元器件技术，包括以下重量份的原料制备而成：铝粉10‑20份、氧化硅10‑15份、草酸5‑10份、乙酸钡8‑12份、氧化铕4‑8份、氧化钼4‑8份、粘合剂20‑30份、三聚磷酸钠10‑15份、二氧化硅3‑8份、发泡剂1‑5份和铝酸钙5‑10份。本发明制备的荧光粉在外部灯罩上使用之后能够有效的提高发光亮度，并且利用在荧光粉中加入的二氧化硅等成分，能够增强外部灯罩的内高温性能，从而为内部元器件的散热起到更好的促进作用，有效的延长了整体发光件的使用寿命。
Description
技术领域：
本发明涉及半导体发光元器件技术，具体涉及一种高散热性半导体照明用荧光粉材料。
背景技术：
半导体照明，即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。半导体照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。半导体照明具有高效、节能、环保、易维护等显著特点，是实现节能减排的有效途径，已逐渐成为照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。
在大多数LED灯及半导体发光元器件设备中，为了能够增强亮光的亮度和穿透度一般都会在设备中添加荧光粉材料，而由于目前半导体照明设备中毒半导体影响最大的就是散热的问题，因此在进行荧光粉的制备和使用的时候也需要考虑相关的热度问题。
发明内容：
本发明的目的在于针对背景技术的不足和缺陷，提供一种能够有效的提高发光亮度，并且利用在荧光粉中加入的二氧化硅等成分，能够增强外部灯罩的耐高温性能，从而为内部元器件的散热起到更好的促进作用，有效的延长了整体发光件的使用寿命的一种高散热性半导体照明用荧光粉材料。
高散热性半导体照明用荧光粉材料，按照重量份由以下原料组成：铝粉10-20份、氧化硅10-15份、草酸5-10份、乙酸钡8-12份、氧化铕4-8份、氧化钼4-8份、粘合剂20-30份、三聚磷酸钠10-15份、二氧化硅3-8份、发泡剂1-5份和铝酸钙5-10份。
高散热性半导体照明用荧光粉材料的制备：
(1)按照所需制备的荧光粉各组分的含量，分别称取相应原材料；
(2)原料装入坩埚中，并置于高温气氛炉中，通入还原性气体作为还原气氛，然后加热至荧光粉的合成温度并保持微正压力1-100kpa，保温2-6小时，结束后在还原气氛下冷却至室温，取出烧制物；
(3)将烧制物经过粉碎、过筛后除去大颗粒，然后在球磨容器中与水或有机溶剂调浆进行球磨分散得到浆料，接着经过热水或热有机溶剂洗涤、过滤和进一步洗涤得到膏状荧光体，膏状荧光体在烘箱中干燥，冷却后经研细或过筛得到用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的荧光粉。
上述方法制备的荧光粉在外部灯罩上使用之后能够有效的提高发光亮度，并且利用在荧光粉中加入的二氧化硅等成分，能够增强外部灯罩的内高温性能，从而为内部元器件的散热起到更好的促进作用，有效的延长了整体发光件的使用寿命。
为了能够使上述荧光粉材料更加直接的应用到产品中，本发明还公开一种利用上述荧光粉材料的高散热性、低衰耗的半导体发光元器件；
一种高散热性、低衰耗的半导体发光元器件，包括底座、螺旋灯头、发光件、外部灯罩，所述螺旋灯头安装在底座的顶部，用于与电源接口相连接，所述发光件安装在底座的中间部位，同时在发光件与底座之间还安装有散热环，其中发光件为矩形结构，在矩形发光件的四周均匀设置有发光二极管，在发光件上还均匀设置有散热层，所述外部灯罩安装在发光件的外部并与底座之间固定连接，为发光件提供防护。
所述散热层与发光二极管依次分层设置和安装，在每层发光二极管上方均设置有一层散热层，所述散热层的中间设置有空心槽用来排列和穿引发光二极管的引脚和导线，安装之后并用特制封装树脂进行封装，以此保证发光二极管内线路引脚和整体散热层之间的稳定性，所述的散热层采用金属铝进行加工制作而成，从而增加了每层发光二极管的热传导效率，起到散热的效果；
所述散热环为圆盘形结构，在散热环的环壁上开设有散热孔；所述散热孔均关于散热盘的圆心呈散射状分布；
进一步技术，所述散热环内部还设置有通风槽，所述通风槽设置有三个，在三个通风槽的中间设置有卡柱，所述卡柱设置有四根，四根卡柱用以发光件的固定和安装；
进一步技术，所述卡柱为金属导电材质，在固定发光件的同时还充当发光件电源引脚的作用，安装时将设置在发光件底部的插孔对准卡柱进行安装即可；
所述卡柱的顶端设置有卡槽，用来与发光件底部的插孔相互匹配贴合，从而增加连接和安装的稳定性，同时防止发光件松脱；
更进一步技术，所述外部灯罩的内壁上还涂覆有荧光粉图层，以此来提高发光件透过外部灯罩后的亮度。
该高散热性、低衰耗的半导体发光元器件在组装的时候首先将螺旋灯头和底座焊接安装，并将内部的引脚和线路连接和固定，然后将散热环安装在底座上，并将卡柱和底座上的引脚线路进行焊接，然后将发光件安装在散热环上的卡柱上，最后将外部灯罩进行固定安装。
上述高散热性、低衰耗的半导体发光元器件利用散热环的设置可以增加底座内元器件的散热性能，加强底座内的空气流动性，可进行实时的温度交换，提高底座内部的散热能力，从而降低了因高温引起的元件的故障率，同时在发光件上通过散热层的设置也增加了发光件的散热能力，使得发光二极管产生的热量能够通过散热层进行及时的传导和散发，降低了发光二极管工作时的温度，延长了使用寿命，提高了散热效率。
另外上述高散热性、低衰耗的半导体发光元器件中提及的封装树脂也是经过改进后的配方和工艺加工而成的；
一种高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的封装树脂，包括以下重量份的原料制备而成：环氧树脂硬胶60-90份、人造香叶油10-18份、对羟基苯磺酸3-10份、二甲基替苄胺1-3份、氢化蓖麻油1-3份、三氧化二锑5-8份、滑石粉1-3份、石英2-5份、氧化铝2-5份、碳化硅1-3份、合成纳米颗粒10-20份。
上述合成纳米颗粒包括：氮化硼1-5份,二硼化钛1-5份,氮化铝1-5份,氧化铝5-10份,氧化锆5-10份,碳化硅5-10份。
进一步的，一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的封装树脂，包括以下重量份的原料制备而成：环氧树脂硬胶70-80份、人造香叶油12-15份、对羟基苯磺酸5-8份、二甲基替苄胺2-3份、氢化蓖麻油2-3份、三氧化二锑5-6份、滑石粉1-2份、石英2-4份、氧化铝2-4份、碳化硅1-2份、合成纳米颗粒12-18份。
更进一步的，一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的封装树脂，包括以下重量份的原料制备而成：环氧树脂硬胶75份、人造香叶油14份、对羟基苯磺酸6份、二甲基替苄胺2份、氢化蓖麻油2份、三氧化二锑5份、滑石粉1份、石英3份、氧化铝3份、碳化硅2份、合成纳米颗粒15份。
一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的封装树脂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将环氧树脂硬胶、人造香叶油、对羟基苯磺酸、二甲基替苄胺，加入反应釜内，蒸汽加热后，加入氢化蓖麻油，当反应釜内温度升到45～55℃，加入三氧化二锑、滑石粉、石英，立即密封，当反应釜内温度升到96～98℃时，关闭蒸汽加热，然后当反应釜内温度降至90℃，保温1小时并冷却；
(2)加入氧化铝、碳化硅，并搅拌，开启蒸汽加热，当反应釜内温度升到40～50℃时，加入合成纳米颗粒，加料完毕后，立即密封，反应釜内逐渐升温到65～75℃，并保持时间15～30分钟，然后将反应釜内温度升到85～92℃，静置，然后既得用于高散热性半导体发光元器件的封装树脂。
上述步骤(1)中的最后冷却温度为到40℃以下；
上述步骤(2)中的静置时间为1小时30分钟。
上述用于高散热性半导体发光元器件的封装树脂，由于采用环氧树脂硬胶、人造香叶油、对羟基苯磺酸、二甲基替苄胺、氢化蓖麻油、三氧化二锑、滑石粉、石英和氧化铝的添加使得封装树脂在进行封装后能够快速的干燥成型，并且利用添加的合成纳米粉，能够有效的增加封装树脂的强度，起到更好的固定和封装的效果，增强了封装部件的散热效果，还能起到降低衰耗的功效。
为了能够更加直观的体现本发明的高散热性半导体照明用荧光粉材料的各项指标，对利用高散热性半导体照明用荧光粉材料制备而成的高散热性、低衰耗的半导体发光元器件进行相关性能测试，具体测试结果如下：测试时为了数据的更加准确性，采用分组对比的方法进行试验：
为了更加突出的对比本发明的产品性能，并对市售普通的半导体发光元件进行测试：
通过上述表格的对比可以看出本发明制备的高散热性半导体照明用荧光粉材料在对元器件使用之后元器件在散热时间、表面温度和使用寿命上都具有明显的优势，从而能够起到延长产品使用寿命和使用效果的目的。
附图说明：
图1为一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的结构示意图；
图2为一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的发光件结构示意图；
图3为一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件散热环结构示意图；
图4为一种用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件散热层结构示意图；
其中：1-底座；2-螺旋灯头；3-发光件；31-散热层；32-发光二极管；311-空心槽；4-外部灯罩；5-散热环；51-通风槽；52-卡柱；6-散热孔。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体示例，进一步阐述本发明。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
高散热性半导体照明用荧光粉材料，按照重量份由以下原料组成：铝粉10份、氧化硅10份、草酸5份、乙酸钡8份、氧化铕4份、氧化钼4份、粘合剂20份、三聚磷酸钠10份、二氧化硅3份、发泡剂1份和铝酸钙5份。
高散热性半导体照明用荧光粉材料的制备：
(1)按照所需制备的荧光粉各组分的含量，分别称取相应原材料；
(2)原料装入坩埚中，并置于高温气氛炉中，通入还原性气体作为还原气氛，然后加热至荧光粉的合成温度并保持微正压力10kpa，保温6小时，结束后在还原气氛下冷却至室温，取出烧制物；
(3)将烧制物经过粉碎、过筛后除去大颗粒，然后在球磨容器中与水或有机溶剂调浆进行球磨分散得到浆料，接着经过热水或热有机溶剂洗涤、过滤和进一步洗涤得到膏状荧光体，膏状荧光体在烘箱中干燥，冷却后经研细或过筛得到用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的荧光粉。
实施例2：
高散热性半导体照明用荧光粉材料，按照重量份由以下原料组成：铝粉15份、氧化硅13份、草酸8份、乙酸钡10份、氧化铕6份、氧化钼6份、粘合剂25份、三聚磷酸钠13份、二氧化硅5份、发泡剂4份和铝酸钙8份。
高散热性半导体照明用荧光粉材料的制备：
(1)按照所需制备的荧光粉各组分的含量，分别称取相应原材料；
(2)原料装入坩埚中，并置于高温气氛炉中，通入还原性气体作为还原气氛，然后加热至荧光粉的合成温度并保持微正压力50kpa，保温4小时，结束后在还原气氛下冷却至室温，取出烧制物；
(3)将烧制物经过粉碎、过筛后除去大颗粒，然后在球磨容器中与水或有机溶剂调浆进行球磨分散得到浆料，接着经过热水或热有机溶剂洗涤、过滤和进一步洗涤得到膏状荧光体，膏状荧光体在烘箱中干燥，冷却后经研细或过筛得到用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的荧光粉。
实施例3：
高散热性半导体照明用荧光粉材料，按照重量份由以下原料组成：铝粉20份、氧化硅15份、草酸10份、乙酸钡12份、氧化铕8份、氧化钼8份、粘合剂30份、三聚磷酸钠15份、二氧化硅8份、发泡剂5份和铝酸钙10份。
高散热性半导体照明用荧光粉材料的制备：
(1)按照所需制备的荧光粉各组分的含量，分别称取相应原材料；
(2)原料装入坩埚中，并置于高温气氛炉中，通入还原性气体作为还原气氛，然后加热至荧光粉的合成温度并保持微正压力100kpa，保温2小时，结束后在还原气氛下冷却至室温，取出烧制物；
(3)将烧制物经过粉碎、过筛后除去大颗粒，然后在球磨容器中与水或有机溶剂调浆进行球磨分散得到浆料，接着经过热水或热有机溶剂洗涤、过滤和进一步洗涤得到膏状荧光体，膏状荧光体在烘箱中干燥，冷却后经研细或过筛得到用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的荧光粉。
对上述实施例1-3制备的高散热性半导体照明用荧光粉材料进行使用，并应用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件中，然后对高散热性、低衰耗的半导体发光元器件进行相关性能的检测，测得结果如下：
通过上述表格的对比可以看出本发明制备的高散热性半导体照明用荧光粉材料在对元器件使用之后元器件在散热时间、表面温度和使用寿命上都具有明显的优势，从而能够起到延长产品使用寿命和使用效果的目的。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.高散热性半导体照明用荧光粉材料，其特征在于：按照重量份由以下原料组成：铝粉10-20份、氧化硅10-15份、草酸5-10份、乙酸钡8-12份、氧化铕4-8份、氧化钼4-8份、粘合剂20-30份、三聚磷酸钠10-15份、二氧化硅3-8份、发泡剂1-5份和铝酸钙5-10份。
2.根据权利要求1所述的高散热性半导体照明用荧光粉材料，其特征在于：按照重量份由以下原料组成：铝粉15份、氧化硅13份、草酸8份、乙酸钡10份、氧化铕6份、氧化钼6份、粘合剂25份、三聚磷酸钠13份、二氧化硅5份、发泡剂4份和铝酸钙8份。
3.根据权利要求1所述的高散热性半导体照明用荧光粉材料，其特征在于：按照重量份由以下原料组成：铝粉20份、氧化硅15份、草酸10份、乙酸钡12份、氧化铕8份、氧化钼8份、粘合剂30份、三聚磷酸钠15份、二氧化硅8份、发泡剂5份和铝酸钙10份。
4.高散热性半导体照明用荧光粉材料的制备方法，其特征在于：
(1)按照所需制备的荧光粉各组分的含量，分别称取相应原材料；
(2)原料装入坩埚中，并置于高温气氛炉中，通入还原性气体作为还原气氛，然后加热至荧光粉的合成温度并保持微正压力1-100kpa，保温2-6小时，结束后在还原气氛下冷却至室温，取出烧制物；
(3)将烧制物经过粉碎、过筛后除去大颗粒，然后在球磨容器中与水或有机溶剂调浆进行球磨分散得到浆料，接着经过热水或热有机溶剂洗涤、过滤和进一步洗涤得到膏状荧光体，膏状荧光体在烘箱中干燥，冷却后经研细或过筛得到用于高散热性、低衰耗的半导体发光元器件的荧光粉。
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