CN110176528A - 具有耐化学性的用于发光器件外部的透明涂层和相关的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有优异耐化学性的发光器件和部件以及相关方法。在一个实施方案中，LED器件或封装具有设置在LED器件或封装的至少一部分上方的密封剂材料或透镜以及至少部分地设置在密封剂或透镜上方的含聚(甲基)丙烯酸酯‑硅的屏障涂层，提供对可腐蚀金属的腐蚀防护和/或对湿敏部件的潮湿防护。

Description

具有耐化学性的用于发光器件外部的透明涂层和相关的方法
技术领域
本文的主题总体上涉及发光器件、部件和方法。更具体地，本文的主题涉及具有改进的对化学蒸气或气体的耐化学性的涂层、部件、方法和由其提供的器件，对于发光器件,所述化学蒸气或气体可有害地影响用于发光器件的此类器件的亮度和可靠性。
背景技术
发光二极管(LED)可以用在发光器件或封装中以提供白光。常规LED器件或封装可以包含诸如金属迹线或安装表面的部件，当暴露于各种不期望的化学物质和/或化学蒸气时，甚至在嵌入或以其它方式“包封”时，这些部件可能变得锈污、腐蚀或以其它方式劣化。银(Ag)用于LED器件和封装，因为它具有优异的可见波长反射率和相对低的成本。但是，银易于发生腐蚀/氧化。虽然金(Au)与银相比具有优异的腐蚀性能，但是根据封装构造，与银相比，Au典型使LED暗约15％。此外与银相比，金(Au)对器件具有显著的成本影响。此外，使用金不会保护器件及其另外的非金部件免受不期望的化学物质和/或化学蒸气的侵入，以及这种侵入可能对器件的性能或寿命产生的任何影响。这种化学物质和/或化学蒸气能够进入常规LED器件，例如，通过渗透设置在此类部件上方的密封剂或者穿过基底/LED芯片结构中的间隙。
不期望的化学物质和/或化学蒸气可含有硫、含硫化合物(例如硫化物(H2S，CH3SH)，亚硫酸盐，硫酸盐，SOx)、含氯和溴的络合物、一氧化氮或二氧化氮(例如NOx，NxOy)、水蒸气和氧化性有机蒸气化合物，它们以变化的量存在于环境中。这些化学物质和/或化学蒸气可以渗透密封剂并且物理和/或化学地劣化LED器件内的各种可腐蚀金属部件和/或湿敏部件或材料。物理或化学劣化包括腐蚀、氧化、水合、水解、分解、暗化和/或使这些可腐蚀的金属部件或湿敏材料锈污。这种劣化随时间可有害地影响常规LED器件的亮度、可靠性和/或热性能，并且可进一步有害地影响器件在操作期间的性能。例如，LED的主要失效机制是部件中正向电压的变化，这是由内部电阻增加引起的，例如，由化学腐蚀引起的引线接合(wire bond)和安装表面之间的连接性降低。在正常操作条件下，在器件操作期间这种劣化加速。
发明内容
在第一实施方案中，提供了一种LED器件，该LED器件包括：一个或多个LED芯片；设置在所述一个或多个LED芯片的至少一部分上方的密封剂材料或透镜；和至少部分地设置在密封剂或透镜上方的屏障涂层。
在一个实例中，屏障涂层至少部分地包括含聚丙烯酸酯-硅的材料、含聚甲基丙烯酸酯-硅的材料、或其混合物。
在另一实例中，单独或与前述实例中的任一个组合，屏障涂层直接设置在密封剂材料或透镜上。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，LED器件包括一个或多个易受腐蚀的金属部件。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，所述一个或多个金属部件是铝、铜、银、或其合金。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，LED器件包括一个或多个反射金属部件，所述一个或多个反射金属部件是铝、银、或其合金。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，LED器件包括对水蒸气敏感的元素或化合物。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，湿敏元素或化合物是磷光体。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，磷光体是氟硅酸钾磷光体。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，屏障涂层由式(1)表示：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0<x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物或硅烷封端的聚合物。
在另一实例中，单独地或与前述实施例中的任一个组合，屏障涂层是由式(1)表示的聚合物结构的混合物，其中所述混合物中的至少一种由式(1)表示的聚合物结构具有R1＝氢并且所述混合物中的至少一种由式(1)表示的聚合物结构具有R1＝乙烯基。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，屏障涂层是由式(1)表示的聚合物结构，其中R1＝羟基。
在另一实施方案中，提供了一种减少或防止LED器件的可腐蚀金属部件的腐蚀的方法，该方法包括：将屏障涂层施加到LED器件的密封剂或透镜的至少一部分，该LED器件具有至少一个可腐蚀金属部分；和减少或防止能够腐蚀所述可腐蚀金属部分的化学物质的渗透。在一个方面，可腐蚀金属是铝、铜、银、或其合金。
在一个实例中，屏障涂层至少部分地包括含聚丙烯酸酯-硅的材料、含聚甲基丙烯酸酯-硅的材料、或其混合物，由式(1)表示：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0<x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物或硅烷封端的聚(甲基)丙烯酸酯。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，将屏障涂层直接施加到密封剂或透镜。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，该方法还包括减少或防止在LED器件的操作条件期间正向电压(Vf)的改变。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，该方法还包括减少或防止在LED器件的操作条件期间发光度(luminosity)的改变，或者减少或防止在LED器件的操作条件期间色移的改变。在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，可腐蚀金属部件是银、铝、铜、或其合金。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，该方法还包括减少或防止一个或多个易受腐蚀的反射金属部件的腐蚀，所述一个或多个反射金属部件选自铝、银、或其合金。
在另一实施方案中，提供了一种减少或防止LED器件的湿敏部件劣化的方法，该方法包括：将屏障涂层施加到具有潮湿蒸气敏感磷光体的LED器件或封装的密封剂或透镜的至少一部分；减少或防止能够劣化湿敏部件的一定量潮湿蒸气的渗透；和在LED器件或封装的运输、存储期间或在操作条件下减少或防止湿敏部件的劣化。在一个方面，湿敏部件是磷光体(phosphor)。
在一个实例中，屏障涂层至少部分地包括含聚丙烯酸酯-硅的材料、含聚甲基丙烯酸酯-硅的材料、或其混合物，由式(1)表示：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0<x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物或硅烷封端的聚(甲基)丙烯酸酯。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，将屏障涂层直接施加到密封剂或透镜。
在另一实例中，单独地或与前述实例中的任一个组合，该方法还包括减少或防止在LED器件或封装的操作条件期间发光度的变化，减少或防止操作期间正向电压的变化，或者减少或防止在LED器件或封装的操作条件期间色移的变化。
在另一实例中，单独地与前述实例中的任一个组合，湿敏部件是氟硅酸钾磷光体。
附图说明
本说明书的其余部分(包括参考附图)更具体地阐述了本主题的对于本领域普通技术人员而言完整且充分的公开，包括其最佳模式，其中：
图1A是根据本文公开内容的发光二极管(LED)器件的第一实施方案的俯视图。
图1B是根据本文公开内容的沿截面1B-1B的图1A的截面图；
图2A是常规COB LED器件的俯视图；
图2B是沿截面2B-2B的图2A的截面图；
图2C是沿截面2B-2B的COB LED器件的截面图，其具有根据本文公开内容的屏障涂层；
图3描绘了根据本文公开内容的示例性屏障涂层的紫外-可见光谱数据；
图4描绘了根据本文公开内容的示例性屏障涂层的差示扫描量热法数据；和
图5描绘了根据本文公开内容的示例性屏障涂层的傅里叶变换红外光谱数据。
图6描绘了根据本文公开内容的示例性涂覆方法；
图7描绘了根据本文公开内容的远离定位的屏障层涂覆的器件的光通量比率相对于时间(小时)的实验应力数据；
图8描绘了根据本文公开内容的远离定位的屏障层涂覆的器件的色移相对于时间(小时)的实验应力数据；
图9描绘了根据本文公开内容的远离定位的屏障层涂覆的器件的色移比率相对于时间(小时)的实验WHTOL数据；
图10描绘了根据本文公开内容的远离定位的屏障层涂覆的器件的光通量相对于时间(小时)的实验WHTOL数据；和
图11描绘了根据本文公开内容的远离定位的屏障层涂覆的器件的光通量比率相对于时间(小时)的实验累积失效率数据。
具体实施方式
气体或液体扩散穿过密封剂或封装材料(例如，聚合物引线框-PCB的正面或背面)进入LED部件中导致可腐蚀金属(例如，银、铝、铜)的腐蚀以及包含在封装体内的湿敏材料(例如，某些磷光体)的劣化。为了解决该问题，本公开提供了适用于LED灯、陶瓷或聚合物封装以及陶瓷或聚合物引线框的屏障涂层和屏障涂层施加工艺。
银(Ag)是优异的反射材料，并且仍然需要减少或防止不期望的化学物质和/或化学蒸气到达并随后劣化LED封装和LED器件内的Ag金属部件，从而允许使用Ag作为用于高功率和/或高亮度应用的反射体材料。本文所述的屏障涂层和方法提供了制造便利性并且提高了含Ag部分的LED封装和LED器件的器件可靠性和性能。值得注意的是，本文的屏障涂层和方法可以通过减少或防止能够使Ag或镀Ag部件锈污的化学蒸气的渗透来减少或防止包含银(Ag)或镀Ag部件的器件或封装的光学和其它性能特性的劣化。
此外，本文公开的屏障涂层和方法减少或防止潮湿蒸气渗透进入LED封装和器件中。结果，本文公开的屏障涂层和方法减少或防止LED封装和器件中的湿敏部件的劣化，例如磷光体。如本文所用，湿敏部件包括存在于LED器件中的在暴露于水蒸气时经历物理或化学变化的元素和化合物。湿敏部件的实例是存在于LED器件中的在LED器件暴露于潮湿或水蒸气时经历物理、功能或化学的变化的磷光体，例如其化学组成、水合程度和/或其发射或激发曲线(profile)。湿敏部件的这种物理、功能或化学变化可以是瞬时的，或者在LED器件的预期寿命期间的任何时间发生。
LED封装可以是具有金属引线框、陶瓷或金属的板载芯片(COB)的塑料LED，或陶瓷的基底表面安装器件(SMD)LED。可以使用和应用所描述的屏障涂层和方法以产生任何尺寸、厚度和/或尺度的化学耐受性表面安装器件SMD或COB型的LED器件。可以使用和应用所描述的屏障涂层和方法以产生任何尺寸、厚度和/或尺度的潮湿蒸气耐受性表面安装器件SMD或COB型的LED器件。本文描述的器件、部件和方法可有利地用于或应用在任何类型的LED器件内，例如，包括单个LED芯片、多个芯片和/或多个LED阵列的器件和/或对于本体或基座包含不同材料的器件，如塑料、陶瓷、玻璃、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、印刷电路板(PCB)、金属芯印刷电路板(MCPCB)和基于铝板的器件。可以使用所描述的屏障涂层和方法来产生潮湿蒸气耐受性的LED器件和封装。
在一个实例中，向包含密封剂或透镜的LED部件的外部施加屏障涂层。屏障涂层的化学成分减少外部化学蒸气(主要是气体，例如含硫气体、水蒸气和其它小分子)的侵入，从而为部件内部的材料提供腐蚀防护和潮湿蒸气防护，并且有利地以多种方式增加器件的寿命周期。
在一个实例中，屏障涂层保护部件内的某些可腐蚀金属免受氧化(例如，腐蚀)以及与周围环境中存在的化合物反应，所述化合物能够共价反应和改变LED部件的表面，特别是此类可腐蚀的金属表面。例如，虽然不受任何理论束缚，但是硫及其化合物与Ag和Ag镀层反应并变成Ag2S。由于Ag2S本身不导电，因此可能导致高Vf和/或完全开路的Vf状态。在这种情况下也会导致到Ag封装的引线接合的失效。在一个实例中，屏障涂层在LED器件的操作期间减少或防止可腐蚀金属表面的腐蚀。
在一个实例中，屏障涂层有效地减少或防止银腐蚀并避免可能与这种银腐蚀一起发生的内部电阻增加。屏障涂层保护这些Ag部件免受一些污染物的影响，包括硫的氧化物和由其衍生的酸、硫化氢、其它含硫气体、氧气、水、水蒸气、氮氧化物和由其衍生的酸、其它气态氧化物和由其衍生的酸、以及源自部件外部的其它污染物。
在一个实例中，屏障涂层有效减少或防止LED器件内存在的湿敏化学物质的水解劣化。当暴露于高湿度(例如，>85％的相对湿度)环境时，本发明的屏障涂层有效地减少或防止LED器件内的此类湿敏化学物质的劣化。屏障涂层保护这种磷光体免受来自部件外部的潮湿蒸气和其它污染物的影响。屏障涂层减少或消除湿敏磷光体的与潮湿相关的劣化。
本发明公开的屏障涂层和工艺提供了相比于常规方法显著改进的优异涂层可靠性，其中在常规涂层和方法中，密封剂材料位于LED附近。相比之下，与此类常规密封剂涂层相比，通过减少屏障涂层对热和紫外光的暴露以及光通量等，远离LED和/或密封剂定位屏障涂层改善了屏障涂层的可靠性和寿命。此外，屏障涂层对部件性能(流明通量、颜色、正向电压(Vf)等)很少产生或不产生有害结果。
本发明公开的屏障涂层和工艺利用常规包封方法的工艺提供了补充工艺以及提供了分配在用常规有机硅、环氧树脂或其它密封剂材料包封的COB封装、SMD封装底板和/或LED芯片和/或COB/SMD封装上的其它常规涂层。本发明公开的屏障涂层单独使用或者与直接分配到用常规有机硅、环氧树脂或其它密封剂材料包封的COB/SMD封装底板和/或LED芯片和/或COB/SMD封装上的常规涂层结合使用。
如本领域技术人员将理解的，提及在另一结构或部分“之上”或“上方”形成的结构考虑到可以插入另外的结构、部分或其两者。类似地将理解，当提及一个要素“连接”、“附接”(attach)、“联结”(couple)到另一个要素时，其可以直接地连接、附接或联结到另一要素，或者可以存在居间要素。相反，当一个要素被称为“直接连接”、“直接附接”、“直接联结”到另一个要素时，不存在居间要素。
此外，本文使用相对术语例如“之上”、“上方”、“上部”、“顶部”，“下部”或“底部”来描述一个结构或部分与另一个结构或部分的关系，如图中所示。将理解的是，诸如“之上”、“上方”、“上部”、“顶部”、“下部”或“底部”的相对术语旨在包括除了图中所示的取向之外的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件被翻转，则描述为在其它结构或部分“上方”的结构或部分现在将取向为在其它结构或部分的“下方”。同样地，如果附图中的器件沿着轴线旋转，则描述为在其它结构或部分“上方”的结构或部分现在将取向为在其它结构或部分的“旁边”或“左侧”。类似地，将理解的是，当一个要素被称为“直接在另一个要素上方”或“直接在另一个要素之上”时，不存在居间要素。
除非具体提及不存在一个或多个要素，则如本文所用的术语“包含”、“包括”和“具有”应当被解释为不排除一个或多个要素存在的开放式术语。
根据本文所述实施方案的发光器件可包含能够在生长基底上制造的III-V族氮化物(例如，氮化镓(GaN))基发光二极管(LED)或激光器，例如碳化硅(SiC)基底，例如由北卡罗来纳州达勒姆的克里(Cree)公司制造和销售的那些器件。本文中也考虑了其它生长基底，例如但不限于蓝宝石、硅(Si)和GaN。在一个方面，SiC基底/层可以是4H多型体碳化硅基底/层。然而，可以使用其它SiC候选多型体，例如3C、6H和15R多型体。合适的SiC基底可从本主题的受让方北卡罗来纳州达勒姆的Cree公司获得，并且生产此类基底的方法阐述在科学文献以及许多共同转让的美国专利中，包括但不限于美国专利US 34,861；美国专利US 4,946,547；和美国专利US5,200,022，通过引用将其公开内容整体并入本文。本文考虑了任何其它合适的生长基底。
如本文所用的术语“III族氮化物”是指在氮与元素周期表第III族中的一种或多种元素之间形成的那些半导体化合物，通常为铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)。该术语还指二元、三元和四元化合物，例如GaN、AlGaN和AlInGaN。
一个或多个LED可以至少部分地涂覆有一种或多种磷光体。磷光体可以吸收一部分LED光并且发射不同波长的光，使得LED器件或封装发射来自LED和磷光体每一个的光的组合。在一个实例中，LED器件或封装发射由LED芯片和磷光体的光发射的组合产生的被感知为白光的光。
在一个实例中，LED含有湿敏部件。本文所用的湿敏部件包括在暴露于潮湿或水蒸气时在LED器件的运输、储存或操作条件下易于发生物理、功能或化学变化的元素和化合物。在一个实例中，湿敏部件是存在于LED器件中的金属，陶瓷，聚合物或有机、无机或有机-无机化合物。
在一个实例中，湿敏部件是湿敏的磷光体。在一个实例中，湿敏部件是湿敏的氟硅酸钾磷光体。在另一实例中，湿敏部件是掺杂有过渡金属的氟硅酸钾磷光体(K2SiF6)。氟硅酸钾磷光体(或掺杂有过渡金属的氟硅酸钾磷光体)可以与一种或多种其它磷光体或发光体(lumiphor)结合使用，以便从LED器件或封装提供所需的发射光谱。
对于氟硅酸钾磷光体(或掺杂有过渡金属的氟硅酸钾磷光体)，已经观察到一定百分比的LED封装在高湿度(>85％RH)环境中经历快速并且严重的劣化(<500小时)，封装底板具有点蚀。虽然不受任何理论束缚，但推测来自氟硅酸钾磷光体的氟离子(F-)在暴露于已渗透器件的湿气时变得可移动，氟离子与Ag相互作用从而在Ag层中开出凹坑，铜(Cu)可迁移穿过该Ag层到达表面。通过减少或防止潮湿蒸气传输，本发明的屏障涂层缓解这种模式的器件失效。
现在将详细参考本文主题的可能方面或实施方案，其一个或多个实例显示在附图中。提供每个实例是为了解释主题而不是作为限制。实际上，作为一个实施方案的一部分说明或描述的特征可以用在另一实方案中，从而产生又一个实施方案。本文公开和设想的主题旨在涵盖这些修改和变化。如各附图中所示，出于说明性目的，结构或部分的一些尺寸相对于其它结构或部分被放大，因此，提供这些结构或部分以说明本主题的一般结构。此外，参考在其它结构、部分或两者上形成的结构或部分来描述本主题的各个方面。
现在参考图1A、1B，分别示出了发光二极管(LED)封装或器件的一个实例的顶视图和截面图，总体上标记为10，具有屏障涂层69。在一个方面，LED器件10可包括表面安装器件(SMD)，其包含具有顶表面40的本体12，可以围绕引线框模制或以其它方式形成顶表面40。SMD类型的LED器件可适用于一般的LED照明应用，例如室内和室外照明、汽车照明，并且优选地适用于高功率和/或高亮度照明应用。本文所公开的主题可适当地适用于宽范围的SMD型LED器件设计中，不限于尺度和/或材料的变化。
值得注意的是，本文所公开的器件、部件和方法通过提供保护性屏障或屏障涂层69，即使在存在有害化学物质、化学蒸气或复合物的情况下也能够维持器件10的亮度，所述保护屏障或屏障涂层被配置为防止此类有害化学物质、化学蒸气或复合物变得锈污和/或以其它方式劣化器件10内的部件。在一个方面，本体12可以设置在引线框周围，引线框包括热元件14和一个或多个电元件，分别例如第一电元件16和第二电元件18。也就是说，热元件14以及电元件16和18可以统称为“引线框”，并且可以从一片引线框部件(未示出)分离(singulated)出来。通常标记为N的拐角凹口可用于指示第一电元件16和第二电元件18的电极性。第一电元件16和第二电元件18可包括导电和/或导热的可腐蚀反射材料，例如Al、Ag、Cu金属或金属合金。在一个方面，热元件14可以通过本体的一个或多个隔离部分20与第一电元件16和第二电元件18中的一个和/或两个电隔离和/或热隔离。
可以使用任何合适的管芯附接技术和/或材料将一个或多个LED芯片或LED 22安装在热元件14上方，例如但不限于管芯附接粘合剂(例如，有机硅、环氧树脂、或导电银(Ag)环氧树脂)或金属至金属的管芯附接技术，如焊剂或无焊剂共晶、非共晶或热压缩管芯附接。
LED 22可以经由一个或多个电连接器(例如导电引线接合24)与第一电元件16和第二电元件18中的一个和/或两者电连通。在一个实例中，具有两个电接触部(例如，上表面)的LED 22经由引线24电连接至两个可腐蚀的金属或金属合金电元件(例如16和18)，所述引线在一端电联结至LED 22并且在另一端电联结至可腐蚀的金属或金属合金电元件16和18(未示出)。然而，也可以考虑在上表面上具有一个电接触部的LED 22，其与单个电元件电连接。利用可腐蚀金属或金属合金电元件的任何类型或型式的LED 22都可以用于器件10中。
引线接合24或其它电附接连接器和相关方法可适于将电流或信号从电元件16和18传达、传送或传输到一个或多个LED 22，从而引起一个或多个LED 22的发光。热元件14和/或第一电元件16和第二电元件18分别可以用反射材料涂覆、镀覆、沉积或以其它方式成层(图1B)，例如但不限于Ag或含Ag合金，用以反射来自一个或多个LED 22的光。
本体12可包含分别围绕热元件14和/或第一元件16和第二元件18模制或以其它方式设置的任何合适的材料。在一个方面，本体12可以包含陶瓷材料，例如低温共烧陶瓷(LTCC)材料、高温共烧陶瓷(HTCC)材料、氧化铝、氮化铝(AlN)、铝氧化物(Al2O3)、玻璃和/或Al面板材料。在其它方面，本体12可包括模制塑性材料，例如聚酰胺(PA)、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚对苯二甲酸环己烯二亚甲基酯(PCT)；液晶聚合物(LCP)、环氧树脂模制化合物(EMC)或有机硅。
至少一个静电放电(ESD)保护器件25可以设置在器件10内并且可以电连接到相对于LED 22反向偏置的电元件16和18。ESD器件25可以防止器件10内的来自ESD的损伤。
仍然参考图1A和1B，器件10的本体12可包括通常标记为26的腔，例如，任选地涂覆有诸如银的反射材料的反射器腔，用以反射来自一个或多个LED 22的光。如图1B所示，可以用填充材料(例如密封剂28)至少部分地或完全地填充腔26。密封剂28可以任选地包含一种或多种磷光体材料，所述磷光体材料适于在被由一个或多个LED 22发射的光激发时发射期望波长的光。因此，在一个方面，器件10能够发射具有期望波长或色点的光，所述光可以是从设置在密封剂28中的磷光体发射的光和从一个或多个LED 22发射的光的组合。
在一个方面，热元件14以及第一电元件16和第二电元件18可包括内部部分30和外部部分32。在一个方面，内部部分30和外部部分32可包括导电材料和/或导热材料。可以施加外部部分32使得其完全围绕内部部分30，如图所示，或者在其它方面，外部部分32可以任选地镀覆、涂覆或包含在所述部分30的单个表面或两个或更多个表面上方的层。
在一个方面，器件10可包括高反射的带角度部分34或其它特征，或在这样的反射带角度表面上的包含Ag的聚合物反射表面，或Ag层，用以最大化来自器件10的光输出和/或用以通过传导/反射热量离开一个或多个LED 22来辅助散热。器件10还可以包括含Ag合金而不是纯Ag，并且这种合金可以包含其它金属，例如钛(Ti)或镍(Ni)，其提供LED灯的反射率。
第一电元件16和第二电元件18可以从本体12的一个或多个侧面延伸并形成一个或多个外部突片部分(通常标记为36和38)，并且例如可以通过焊料160电联结到基底55。导电突片36的内部部分30可包括可腐蚀的金属或金属合金，例如银(Ag)、铜(Cu)基底或Ag合金或Cu合金。在一个方面，可以在突片36的内部部分30和外部部分32之间设置任选的材料层(未示出)，例如Ni层，用以在Ag和Cu之间提供屏障，从而防止由迁移Cu原子引起的缺陷，如通常被称为“红瘟”(red plague)的缺陷。
在其它方面，外部部分32可以直接附接到内部部分30和/或直接涂覆内部部分30。突片36的外部部分32可以配置成反射从一个或多个LED 22发射的光，从而改善器件的光学性能10。
在一个方面，可以使用任选的非导电层“P”。如图1B所示，层P可以位于腔26的底板上。层P也可以不连续地沉积在LED器件10的一个或多个部件上，例如，使用掩模或机器人分配。层P可以为LED器件10提供反射功能和/或提供额外的化学蒸气和/或潮湿屏障功能。在一个实例中，屏障涂层69与层P结合使用。
层P可以是与屏障涂层相同的材料或不同的材料。在一个实例中，层P包含透明聚硅氧烷聚合物、聚硅氧烷共聚物、聚硅氧烷-聚硅氮烷共聚物、聚氨酯或其混合物。层P可以充当透明聚合物基质。层P可以充当介电的透明聚合物基质。这种透明聚合物基质材料的实例包括但不限于聚硅氧烷、聚硅氮烷或聚硅氧烷-聚硅氮烷共聚物，或者是2011年12月1日提交的共同转让的美国专利申请公开第2013/0020590A1号中公开的聚合物，通过引用将其内容并入本文。在另一方面，任选的层P包括SiO2或氮化硅(SiN)的沉积涂层。
在一个实例中，层P是透明聚合物基质，其包含附加的填充材料，例如颗粒，所述填充材料改变该层的反射性质或折射率。所述颗粒可具有合适的平均颗粒尺寸范围、期望的折射率和/或颗粒尺寸分布或其混合，以反射由器件的一个或多个LED芯片22产生的一种或多种波长的光。在一个实例中，层P包含二氧化钛、氧化锌或其它反射或折射材料的颗粒。在一个实例中，层P是不含颗粒的透明聚合物基质。层P可以包括层P的组合，具有或不具有反射颗粒，例如，在LED器件中以任何顺序设置在一个或多个层中。在一个实例中，层P的设置或层P组合的设置被配置为根据LED芯片的入射角而反射光。这种层P或层P组合可以按相等的层厚度或不相等的层厚度基本上竖直地设置。
层P远离屏障涂层69定位，例如，透镜或密封剂位于层P和屏障涂层69之间。在另一实例中，层P定位或沉积在围绕器件10的一个或多个反射部件的至少一部分上，并且屏障涂层69远离层P定位。在另一个实例中，层P围绕或直接沉积在围绕器件10的至少一部分可腐蚀部件上，并且屏障涂层69远离层P定位。
在一个实例中，层P包括一定量的反射材料，所述反射材料适于反射由器件的一个或多个LED芯片22产生的光。在一个实例中，层P包含二氧化钛、氧化锌或其它反射材料或折射材料。在一个实例中，层P沉积在器件10的反射部件的至少一部分上。在另一实例中，层P直接沉积在反射部件的至少一部分上。在另一实例中，层P直接沉积在器件的所有反射部分上。在一个实例中，涂覆有层P的器件的反射部分是导电的和/或是器件的可通电部件。
在一个实例中，层P沉积在器件的一个或多个可腐蚀部件的至少一部分上，例如可腐蚀金属部件。在一个实例中，层P沉积在可腐蚀的反射部件上，例如LED器件或其LED的银(Ag)、铝(Al)或Ag合金或Al合金。在一个实例中，透镜或密封剂位于屏障涂层69和层P之间，所述层P沉积在(或直接沉积在)器件的反射和/或可腐蚀的银(Ag)、铝(Al)或Ag合金或Al合金部分上。
如果使用的话，层P以适于减少或消除可腐蚀金属部件暴露于化学蒸气或潮湿蒸气的厚度沉积。因此，在一个实例中，使层P沉积在LED器件的基底或LED芯片之上、之中或附近的一个或多个可腐蚀部件上，以便通过减少或防止化学蒸气或潮湿蒸气的渗透来减少或防止腐蚀。在另一实例中，层P沉积在至少一部分可腐蚀的反射部件上，例如位于器件周围的Ag、Al或Ag合金或Al合金，但是层P并不整体沉积在基底的底板上或整个器件上。
基底55可包括用于散热和电绝缘的层57,59。突片部分36和38可以弯曲以形成一个或多个下部安装表面，使得器件10可被安装到下方基底。突片部分36和38可以向外弯曲彼此远离或向内朝向彼此弯曲，从而适应本领域已知的J形弯曲或鸥翼形取向。然而，可以考虑外部突片36和38的任何构造。
在一些方面，密封剂28可提供针对外来固体和液体的物理防护，但可能不提供针对化学蒸气的充分防护，例如，空气传播的化学蒸气，例如硫、硫化氢、硫的氧化物和由其衍生的酸、氮的氧化物和由其衍生的酸、氧气或水分，其能够使可腐蚀的金属部分和/或外部部分32氧化、锈污或以其它方式劣化，其中外部部分包括可腐蚀的金属，例如铜(Cu)或银(Ag)(例如，纯Ag、Ag合金或Ag镀层)和/或湿敏部件。这些事件中的一个或两个可以降低器件10的亮度等。
在图1B中用“C”表示的不期望的化学气体或蒸气，单独地或与水(以液体或蒸气形式)组合，其原本能够渗透密封剂28并且可能与元件的外部部分32(包括表面)相互作用，例如，通过使这些元件锈污从而导致光学、物理、电学和/或热学性质的劣化，例如损失亮度输出和明显的表面暗化(如腔底板或反射性带角度的壁34)利用本文公开的材料和方法得以减少或避免。
如本公开中所教导的，使原本能够渗透密封剂28并且可能不利地影响外部部分32的不期望的化学蒸气或“C”减少或避免其与器件内的表面相互作用。值得注意的是，本发明主题通过如下方式来优化器件10的耐化学性：在器件10内纳入屏障涂层69充当设置在器件10的一个或多个外表面(例如密封剂28)上的保护屏障或屏障层，和/或设置在器件10的部件上方以防止化学蒸气“C”到达该部件、与该部件反应和/或有害地影响该部件，所述部件是诸如热元件14、电元件16和光学元件18的含Ag外部部分32以及本体12的任何其它Ag材料或部件。
如图1B所示，在一个实例中，屏障涂层69可以沿本体12设置在密封剂28上方，正如所示。在另一实例中，屏障涂层69可以直接设置在密封剂28上方并沿本体12保持共形，正如所示。
化学蒸气“C”，例如水蒸气，可劣化某些部件(例如，基于氟硅酸钾的磷光体)并导致输出颜色的变化。本发明的屏障涂层改善器件10的潮湿屏障层保护，使得减少或防止潮湿蒸气渗透屏障涂层69，因而为器件10内的湿敏部件提供保护，从而使湿敏磷光体的基于潮湿的劣化最小化，并且进一步减少或防止器件10亮度的任何损失。
屏障涂层69可以直接和/或间接地设置在本文所述器件内的其它易损部件上方，例如直接或间接地位于密封剂或LED器件或封装内的含Ag或Ag合金的部件上方，以及引线框和PCB之间的界面。屏障涂层69可以适用于LED器件内的部件的各种表面。
在一个实例中，屏障涂层69可被直接施加到密封剂表面或透镜材料的局部(包括底部填充物)、引线之上或上方、引线接合24、引线接合球(例如，在引线24附接到LED芯片22处形成的球)，以及LED外壳或本体的表面上。
在另一实例中，屏障涂层69可被直接施加在LED器件的陶瓷或塑料本体的局部上方，例如，本体12的隔离部分20(图1B)。屏障涂层69可被直接施加在密封接合部中的引线框和LED器件的陶瓷或塑料本体的连续部分上方，以减少或防止从器件的一侧或所有侧传输化学蒸气或潮湿蒸气。
现在参考图2A和2B，分别示出了通常标记为50的常规COB LED器件的俯视图和截面图。常规LED器件50可以包括具有导电层或迹线74的基座52(submount)，在其上方可以设置通常标记为54的保持材料或透镜。保持材料或透镜54可包括设置在填充材料(例如密封剂58)下方的一个或多个LED 22。保持材料或透镜54可包括任何合适的形状，例如基本上圆形、正方形、椭圆形、矩形、菱形、不规则形状、规则形状、或不对称形状。LED器件50还可包括至少部分地围绕保持材料或透镜54设置的保持构件56，其中保持构件56可被称为坝体(dam)。保持构件56可包括任何材料，例如有机硅、陶瓷、热塑性和/或热固性聚合物材料。在一个方面，保持构件56适于在保持材料54周围分配，这是有利的，因为它易于施加并且易于获得任何期望的尺寸和/或形状。
器件50的基座52可包括任何合适的安装基底，例如，印刷电路板(PCB)、金属芯印刷电路板(MCPCB)、外部电路、介电层压板、陶瓷板、Al板、AlN、Al2O3或任何其它合适的基底，诸如LED的发光器件可安装和/或附接在该基底上。LED 22可以与设置有基座52的电元件(例如，导电迹线)电连通和/或热连通。器件50可包括多个LED芯片，或设置在密封剂58之内和/或下方的LED 22，如图2B所示。
参考图2A，LED器件50可以包括至少一个开口或孔60，可以设置该开口或孔穿过或至少部分穿过基座52，以便于LED器件50附接到外部基底、电路或表面。LED器件50还可包括一个或多个电附接表面62。在一个方面，附接表面62包含电接触部，例如焊料接触部或连接体。附接表面62可以是任何合适的构造、尺寸、形状和/或位置，并且可以包括正电极端子和负电极端子，在器件50的相应侧上以“+”和/或“-”符号表示，当连接到外部电源时，电流或信号可以通过所述电极端子。
电流或信号可以从外部引线(未示出)通入LED器件50，所述外部引线在附接表面62处电连接到器件10。电流可以流入保持材料54以促进从其中设置的LED芯片的光输出。附接表面62可以经由导电迹线(未示出)与保持材料54的LED 22电连通。电连接体可包括引线接合24或用于将LED 22电连接到导电迹线的其它合适的构件。
图2B还示出了沿基座52的截面2B-2B的横截面，在所述基座上方可以安装或以其它方式设置LED 22。
如图2B所示，密封剂58可以设置在保持构件56的内壁之间。密封剂58可以包括预定量或选择量的一种或多种磷光体和/或发光体，其量适合于任何期望的光发射。湿敏的磷光体可以包括在密封剂58中。密封剂58可以包括甲基有机硅和/或苯基有机硅材料。在一个实例中，密封剂58在化学上和/或关于化学蒸气和潮湿蒸气传输性质的功能上不同于本发明公开的屏障涂层。
保持构件56可以适于分配、定位、拦阻或放置在透镜54的至少一部分周围。在放置保持构件56之后，密封剂58可以选择性地填充到设置在保持构件56的一个或多个内壁之间的空间内的任何合适的水平。例如，填充材料58可以填充到等于保持构件56的高度或者高于或低于保持构件56的任何水平，例如，如终止于图2B中所示的保持构件56处的虚线所示。密封剂58的水平可以是平面或以任何合适的方式弯曲，例如凹形或凸形，如图2B中的虚线所示。
图2B示出了在引线接合一个或多个LED 22之后分配或以其它方式放置在基座52上方的保持构件56，使得保持构件56设置在至少一部分引线接合24上方并且至少部分地覆盖至少一部分引线接合24。材料层68可以包括适于增加器件50亮度的Ag或含Ag的基底。一个或多个附加的材料层(未示出)可设置在层68和导电元件(未示出)之间。焊料掩模66,72也可以包含反射材料以增加器件50的亮度。
仍参考图2B，存在常规COB器件部件的劣化，其中不期望的化学蒸气“C”渗透没有本发明屏障涂层的器件的保持材料/填充材料/密封剂54,58，从而允许化学蒸气“C”渗透保持材料54和/或密封剂58，导致可腐蚀金属材料的腐蚀和湿敏磷光体的水解劣化。
如图2C所示，如本文所公开的屏障涂层69，其存在于LED器件50a的外表面上并且被配置用以提供耐化学性。屏障涂层69可以至少部分地设置在透镜54、密封剂58和保持构件56上方和/或与其邻近。屏障涂层69可以共形地设置在透镜54、密封剂58和保持构件56上方并且与其邻近。屏障涂层69可以直接共形地设置在保持材料54、密封剂58和保持构件56上方。
如图2C所示，屏障涂层69为Ag涂覆的部件、Ag、Al或Ag合金或Al合金的部件或湿敏部件提供免受化学蒸气“C”影响的物理屏障，从而减少或防止此类部件的以下现象：经由当化学蒸气“C”渗透填充材料58和/或保持构件54以及基座52时引起的锈污、氧化、腐蚀、水解或其它劣化现象而在物理上、化学上或电学上发生劣化。
屏障涂层69可任选地在前述公开的LED器件10,50a的外表面上方延伸。屏障涂层69可以不连续地沉积在器件50a的一个或多个区域上，例如在安装或接合之前，使得电接触部不被涂覆或导电性降低。对于COB部件，例如，屏障涂层69被配置用以使用掩模技术、机器人分配或其它选择性沉积工艺在器件50a周围沉积，从而避免涂覆位于器件50a的上表面上的附接表面62或孔60，以及允许在施加屏障涂层69之后的后续安装或接合。
在一个方面，附加层(未示出)，例如上述层P，与器件50a中的远离定位的屏障涂层69结合使用。该附加层可以是与屏障涂层69相同的材料，或者可以是不同的材料。在一个实例中，附加层包含聚硅氧烷聚合物、聚硅氧烷共聚物、聚硅氧烷-聚硅氮烷共聚物、聚氨酯、或其混合物。该附加层可包含一种或多种材料，如2011年12月1日提交的共同转让的美国专利申请公开第2013/0020590A1号所公开的，通过引用将其内容并入本文。在一个实例中，附加层是氮化硅(SiN)。附加层可包含反射材料。
附加层可以不连续地沉积在LED器件50的一个或多个部件上，例如，使用掩模或机器人分配。然后，附加层与屏障涂层69结合能够为LED器件50a提供反射功能和/或提供额外的化学蒸气和/或潮湿屏障功能。
在一个实例中，附加层沉积在围绕器件50的一个或多个反射部件的至少一部分上，并且屏障涂层69远离附加层定位以提供器件50a。在另一实例中，附加层直接沉积在围绕基座或LED芯片22的可腐蚀部件的至少一部分上，并且屏障涂层69远离附加层定位。在另一实例中，附加层直接沉积在围绕基座或LED芯片22的可腐蚀反射部件的至少一部分上，并且屏障涂层69远离附加层定位。
如果使用的话，以适于减少或消除可腐蚀金属部件在化学蒸气或潮湿蒸气中的暴露的厚度沉积所述附加层。因此，在一个实例中，所述附加层沉积在LED器件50的基座52或LED芯片22之上、之中或附近的一个或多个可腐蚀部件上，以便通过减少或防止化学蒸气或潮湿蒸气的渗透来减少或防止腐蚀。在另一实例中，所述附加层沉积在可腐蚀反射部件的至少一部分上，例如位于器件周围的Ag、Al或Ag合金或Al合金，但该附加层并不整体沉积在基底的底板上或整个器件上。
屏障涂层69可以设置在不连续的位置，使得在渗透密封剂28,58或透镜54和/或保持构件56的任何部分之前可以排斥腐蚀性试剂和/或水蒸气。屏障涂层69可以设置在密封剂28,58或透镜54/保持构件56的局部上方使得可以防止腐蚀性试剂和/或水蒸气到达Ag部件或湿敏部件，从而防止可能对Ag部件发生的任何可能的损伤、腐蚀或暗化或者或对此类磷光体的化学劣化。这可以有利地允许器件10,50a发生近似为零或最小的亮度损失、Ag部件腐蚀、湿敏磷光体的劣化和/或操作期间的Vf变化。
值得注意的是，可以在制造过程内的任何数量的处理步骤或与之并行地选择性地施加屏障涂层69。在一个实例中，可以在LED的管芯附接之前和包封之后施加屏障涂层69，以提供针对化学蒸气的广泛防护。
值得注意的是，当纳入屏障涂层69时，与常规器件相比，本文所述的器件可表现出优异的化学(包括硫)耐受性和对化学蒸气“C”的持久防护。在一个方面，当暴露于硫环境和/或高的相对湿度环境时，与常规器件相比，改进的器件(例如器件10)可保持其初始亮度值(例如，以流明测量)的约95％或更多，当暴露于相同的硫环境或高的相对湿度(>85％相对湿度)时，所述常规器件仅可保持其初始亮度值或颜色的约60％或更少。
根据存在的硫水平和环境湿度的严重性，改进的器件(诸如器件10)可保持其初始亮度值的约100％、其初始亮度值的约95％、其初始亮度值的约90％、其初始亮度值的约85％、其初始亮度值的约80％，在操作安培数下达到或超过1000小时。
可以作为厚度在约1nm到100μm范围内的涂层施加屏障涂层69，其。本文还考虑在约1nm和100μm之间的屏障涂层69厚度的任何子范围，例如以下范围的厚度：约1至10nm；10nm至50nm；50nm至200nm；200nm至400nm；400至600nm；600至800nm；800nm至1μm；1μm至5μm；5μm至10μm；10μm至50μm；和50μm至100μm。屏障涂层69还可以包括约1nm至100nm、100nm至500nm和0.5μm至20μm范围的厚度，本文也考虑这些范围。在一个方面，可以利用薄的屏障涂层69(例如小于10μm)，以便能够对可腐蚀的金属部件提供针对上述化学蒸气“C”的优异屏障防护，而在长期使用期间没有明显的薄涂层开裂，从而改善LED器件10的亮度保持和/或寿命。
可以通过任何合适的技术施加屏障涂层69，例如但不限于喷涂、旋涂、分配、微分配、刷涂、涂敷、浸涂、镀覆、丝网印刷和/或化学气相沉积或物理气相沉积(CVD或PVD)技术。在制造本文所述器件期间，可任选地执行一个或多个附加的处理技术或步骤，以改善器件内的一个或多个层之间的附着。可以使用这些任选的处理步骤并按先前所示和所述方式将其施加到器件。
例如，可以在沉积或施加器件内的一个或多个相邻表面之前对一个或多个表面执行这种任选技术，以便促进屏障涂层69的接受。技术和/或任选的处理步骤可以在表面或层上进行，例如但不限于：常规密封剂、透镜或基底/PCB的表面。在一个方面，可以物理、化学或热学预备或处理这些表面中的一个或多个，以改善处理过的表面和相邻表面或相邻层和屏障涂层69之间的粘附。
物理性质的任选处理步骤可包括例如但不限于：喷砂、等离子体蚀刻、刷制、抛光、砂磨、打磨、研磨和/或任何合适形式的表面粗糙化(例如，使表面物理纹理化)以改善所示器件内的一个或多个层或表面与本文所述屏障涂层69之间的粘附。化学性质的任选处理步骤可包括例如但不限于：化学蚀刻、施加溶剂、施加有机溶剂、施加酸、施加碱、蒸气脱脂、涂底涂、或用于处理表面的任何合适的化学处理以改善本文所示和所述的器件内的一个或多个层或表面之间的粘附。任选的热处理步骤可包括但不限于预烘烤、预加热或任何合适的热处理，其改善本文所示和所述的器件内的一个或多个层或表面之间的粘附。
透明防腐涂料组合物材料
本公开的屏障涂层包含能够在一定涂层厚度下减少或抑制腐蚀性和/或反应性气体或蒸气流入的化学结构，该厚度不会显著减弱LED器件的整体光通量。因此，该屏障涂层对可见光是透明的或基本透明的。在一个实例中，透明屏障涂层组合物包含一种或多种低聚或聚合的可固化前体，本文公开的此类可固化的透明组合物和/或前体组分特别提供最终的透光以及任选低折射率的可固化基质。“可固化”是指基质在LED器件的正常操作条件(热和光通量范围)内基本上达到非流动状态。
提供低折射率和/或高可见光透明的有机聚合物的合适的可固化透明组合物和/或一种或多种前体组分包括(聚)硅烷衍生材料、(聚)硅氧烷衍生材料、(聚)硅氮烷衍生材料、混杂的无机/有机材料，例如聚酯-硅烷、聚氨酯-硅烷、聚丙烯酸-硅烷(例如，聚丙烯酸酯-硅烷)、聚甲基丙烯酸酯-硅烷(下文称为“聚(甲基)丙烯酸酯-硅烷”)、环氧化物-硅烷、及其组合。在一个实例中，透明屏障涂层组合物包含一种或多种弹性体聚(甲基)丙烯酸酯-硅烷。
在一个方面，所施加的屏障涂层在可见光谱(例如，约400纳米至约700纳米)和/或至少一部分紫外区(例如，约200纳米至约400纳米)中是透明的。在其它方面，所施加的屏障涂层在可见光谱中是透明的并且在紫外区中是不透明的(例如，基本上吸收)。优选地，所施加的屏障涂层在可见光谱中至少97％透明，或者对应于从封装发射的LED光的波长至少98％透明。
在某些方面，屏障涂层是单部分可固化配制物。在另一方面，屏障涂层是包含一种或多种前体组分的两部分可固化配制物。前体组分是适合于并且能够提供用于本文所述的发光器件的光学透明组合物的任一种或多种前体。在一个方面，前体组分包括一种前体。在另一方面，前体组分由“两部分组合物”组成。
由一种或多种前体组分形成的固化或固结基质的实例可进一步包括：例如，硅烷的一种或多种聚合物和/或低聚物，聚(甲基)丙烯酸酯，聚有机硅，例如聚硅氧烷(例如，聚二烷基硅氧烷(例如聚二甲基硅氧烷“PDMS”)、聚烷基芳基硅氧烷和/或聚二芳基硅氧烷)，环氧树脂，聚酯，聚芳酯，聚氨酯，环烯烃共聚物(COC)，聚降冰片烯，或其混杂物和/或共聚物，或这些材料与其它组分的组合。
LED透明屏障涂层组合物的实例包括但不限于由式(1)表示的聚合物结构的混合物：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0>x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物或硅烷封端的聚合物。在一个实例中，x+y的摩尔百分比＝100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％或50％。
在一个实例中，屏障涂层组合物包括但不限于可聚合前体组分(2)和(3)的混合物，其被聚合或接枝以提供共聚物。由可聚合前体组分(2)和(3)的聚合或接枝制备的共聚物可以是组分(2)的硅烷封端聚合物、嵌段共聚物、无规共聚物、或接枝聚合物。
可以使用如下来制备式(1)表示的聚合物结构：化学计量比或非化学计量比摩尔量的至少可聚合前体组分(2)和(3)的自由基聚合、紫外聚合、酸聚合、热聚合、易位聚合、或缩合聚合，如本领域中所已知的。在一个实例中，如通过HPLC技术测量，由可聚合前体组分(2)和(3)的聚合制备的共聚物可具有约1,000至约1,000,000道尔顿的数均分子量(Mn)。如通过HPLC技术测定，该共聚物的分子量可以是单峰的或双峰的。可以选择由式(1)表示的聚合物结构的平均分子量，以便提供适合于喷涂、旋涂或浸涂的共聚物组合物和结构，并且在固化时提供具有所需的可见光透明度和化学蒸气屏障性能的合适厚度。
在一个实例中，使用由可聚合前体组分(2)和(3)制备的由式(1)表示的聚合物结构或其混合物，其中至少一种由式(1)表示的聚合物结构或者混合物中的至少一种由式(1)表示的聚合物结构具有R1＝氢，并且混合物中的由式(1)表示的至少一种聚合物结构具有R1＝乙烯基。
在一个实例中，使用由可聚合前体组分(2)和(3)制备的以式(1)表示的聚合物结构或其混合物，其中混合物中的至少一种由式(1)表示的聚合物结构具有R1＝羟基。由式(1)表示的一种或多种聚合物结构的混合物可以构成适合于分配为涂层的单部分或两部分混合物。
可以使用单部分或两部分可固化前体组分。在一个实例中，单部分或两部分可固化前体组分可与溶剂一起使用。在一个实例中，单部分或两部分可固化前体组分可与约50重量％至约95重量％的溶剂一起使用。在另一实例中，单部分或两部分可固化前体组分可具有低溶剂含量。在一个实例中，单部分或两部分可固化前体组分基本上不含溶剂。基本上不含溶剂包括无溶剂和痕量的低挥发性组分，其中存在痕量的溶剂，但数量小于5重量％、小于1重量％和小于0.5重量％。
在各个方面，前体组分包括一种或多种含反应性丙烯酸酯-硅烷的聚合物(和/或包含其的低聚物或配制物)。此类一个或多个反应性官能团可与非反应性有机硅或含丙烯酸酯-有机硅的聚合物混合。具有反应性基团的含反应性丙烯酸酯的聚合物的实例包括：例如，含至少一个丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、富马酸酯、马来酸酯、降冰片烯和苯乙烯官能团的直链硅烷或支化硅烷，和/或具有多个反应性基团如Si-H(氢化硅)、羟基、烷氧基、胺、氯、环氧化物、异氰酸酯、异硫氰酸酯、腈、乙烯基和硫醇官能团的直链硅烷或支化硅烷。此类具有硅烷的直链丙烯酸酯或支化丙烯酸酯中的一些具体实例包括氢化物封端的、乙烯基封端的或甲基丙烯酸酯封端的。反应性基团可位于反应性聚(甲基)丙烯酸酯-硅烷的一个或两个末端，和/或沿聚合物的主链和/或支链的任何位置。
在一个方面，使用聚(甲基)丙烯酸酯-硅烷的一种或多种聚合物和/或低聚物。聚(甲基)丙烯酸酯和硅烷的一种或多种聚合物和/或低聚物包含一个或多个选自如下的官能团：氢化物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、富马酸酯、马来酸酯、降冰片烯基和苯乙烯官能团。此类聚(甲基)丙烯酸酯的一些具体实例包括硅烷-乙烯基封端的、硅烷-羟基封端的或硅烷-甲基丙烯酸酯封端的聚(甲基)丙烯酸酯。在一个方面，官能团位于前体组分的一个或两个末端。
可以使用前述涂层中的附加物质或提供屏障涂层的一种或多种前体组分，例如铂催化剂、浇铸助剂、消泡剂、表面张力改性剂、官能化试剂、粘附促进剂、交联剂、粘度稳定剂、其它聚合物质以及能够改变前体组分或所得涂层的拉伸、伸长、光学、热学、流变和/或形态属性的物质。
图3、4和5分别显示了示例性固化屏障涂层69的紫外-可见光谱、差示扫描量热法和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)数据。图3显示示例性的屏障涂层69在可见区中是透明的。图4显示固化的屏障涂层69在约99℃的玻璃化转变。图5表明存在聚(甲基)丙烯酸酯-硅烷聚合物的Si-H(526)和羰基(525)。
添加剂
在一个实例中，本发明公开的屏障涂层组合物可包含一种或多种漫射、反射、陷波过滤材料和/或填料，如本领域已知的。在另一实例中，将一种或多种粘度稳定剂和/或分配助剂与一种或多种前体组分结合使用，例如以便在将屏障涂层施加到LED器件或封装之前延长其有效寿命。在一个方面，粘度稳定剂提供在涂覆LED器件或部件的过程中制备的可固化的单部分或两部分组合物的粘度的缓慢增加。在一个特定方面，粘度稳定剂针对于Si-氢化物和Si-乙烯基官能团之间的铂金属和/或铑贵金属催化的硅氢化反应。在一个方面，粘度稳定剂和/或分配助剂可包括膦、亚磷酸盐(phosphite)、次亚膦酸盐(phosphinite)、亚磷酸盐(phosphonite)、次磷酸盐(phosphinate)、膦酸盐(phosphonate)、磷酸盐(phosphate)、砷化氢(arsine)、锑化氢(stibene)、硒化物、碲化物、含胺的氯化烃、含过氧羟基的化合物、炔属化合物、马来酸盐、二羧酸盐、和/或环烷酸的铜盐、炔酸(alkynic)或炔基醇、烯丙基或其它不饱和化合物也可用作粘度稳定剂，乙酸乙酯、乙酸乙烯酯、含乙酸酯的单体或聚合物、富马酸、乙烯基硅氧烷、二乙烯基硅氧烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、五甲基乙烯基二硅氧烷、含氮化物的混合物、胺或酰胺、腈、氰酸盐、肟(oximo)、亚硝基化合物、肼基化合物、偶氮化合物、含锡化合物、脂肪酸锡盐(如用于锡催化的有机硅离型涂料的那些)；以及一般化合物、颜料、填料、添加剂；含有前面所面所列化合物的矿物；含有前面所列化合物的颜料；含有前面所列化合物的填料如氧化硅、钛氧化物、铝氧化物、氧化铝、氧化钛、碳酸钙；钠盐，如藻酸钠或羧甲基纤维素钠盐，使用聚乙酸乙烯酯或丙烯酸类的粘合剂或粘土，防滑添加剂，抗氧化添加剂或含有前面所列化合物的其它添加剂，聚乙酸乙烯酯；聚乙酸乙烯酯/丙烯酸；等等。
如果含有Si-H/Si-乙烯基或Si-OH基团，则本发明的组合物可以被铂和/或铑催化剂组分催化，所述催化剂组分可以是对于催化硅接合氢基团和硅接合烯基团或硅烷醇基团之间的反应有效的所有已知的铂或铑催化剂。
值得注意的是，本文的器件和部件可以包含聚(甲基)丙烯酸酯-硅烷，其在施加和/或固化技术方面被优化并且适用于本文所述的LED器件，以提供针对不期望的化学物质、化学蒸气或化学配合物的优异的耐化学性，所述不期望的化学物质、化学蒸气或化学配合物可锈污、腐蚀或不利地影响LED器件的部件和亮度。
涂覆方法
可以使用一种或多种涂覆工艺将屏障涂层69沉积到LED器件或封装上，例如，喷射工艺浸渍、级联涂覆、与喷涂结合的喷射工艺等。在一个方面，第二喷涂工艺可以提供沉积在先前沉积的第一涂层上的一个或多个“涂层”，以便围绕例如LED灯、封装或引线框的局部提供限定的较厚涂层，这将受益于额外的涂层厚度，对于LED灯、封装或引线框的特定部分或区域，这种具有较厚涂层的部位将具有改进的防腐蚀性能。
图6是根据本公开实施方案的安装在引线框55上的LED封装220的示例性涂覆工艺。正如所示，喷射单元601将可固化透明屏障涂层505分配到LED封装220，该LED封装安装在包含LED芯片22和密封剂54的引线框55(或PCB)上。LED封装220a具有共形屏障涂层69。屏障涂层69延伸到基底/基座55(或PCB)上。在一个实例中，屏障涂层69在LED封装220a和基底/基座55(或PCB)上方连续延伸。正如所示，密封剂54比屏障涂层69在空间上更靠近LED22，因此，屏障涂层69远离LED芯片22定位，以及相对于LED芯片22的位置远离密封剂54定位。在一个实例中，使用喷涂，屏障涂层69可以具有薄的涂层厚度，例如0.5μm-10μm。因此，当充当化学和/或潮湿屏障时，本发明的屏障涂层对光通量(Lf；最小调光)具有最小的影响，并且通过喷涂而减小的屏障涂层厚度减轻了屏障涂层在操作条件下长时间使用时开裂的倾向。
在将屏障涂层组合物沉积在LED分压器(divisor)封装上之后，可以使涂层固化。通过使用热和/或光来引发和/或加速固化和/或通过催化剂固化，可以加速固化过程。
实验结果
如图7和8中所示，进行远离施加的屏障涂层69的远程施加，并与在应力条件下直接涂覆的LED对照物进行比较。图7示出了对照样品527(没有屏障层)、当前公开的屏障涂层529(远离施加在密封剂或透镜上方)和屏障涂层528(直接沉积在LED芯片上)的光通量比率百分数相对于小时数的变化。将测试样品保持在105℃，使用300mA的电流。从这些LED获得的数据表明，样品529的远离施加的屏障涂层69表现出更大程度的优异温度耐受性和紫外线暴露耐受性(更小的LF比率％降低)，相比于直接涂覆的LED而言。
参考图8，在上面讨论的相同条件下的色移变化显示远离的屏障涂层69(样品529)有利地优于直接施加到LED(样品528)的涂层。图7和图8的数据证实以下情形提供了改进的性能：涂覆LED封装而不是直接涂覆封装内部，或者在各个LED上或周围。图7和8的数据还证实，本发明公开的屏障涂层在暴露于蓝色LED光时保持光学透明和稳定。屏障涂层69的更远定位降低来自LED的光子密度和热量，并为涂层提供了有利的光学稳定性，并且当与其屏障性能结合时，有利地改善LED器件或封装的性能。
参考图9和10，显示了屏障涂层对湿敏磷光体提供保护的效果。在JES-022MethodA101-C的湿高温操作寿命测试(WHTOL)下(高湿度(85％相对湿度)和85℃)对包含湿敏性氟硅酸钾磷光体(KSF)的LED器件或封装相对于对照物进行测试。图9示出了如下样品的色移(du'v')随时间(小时)的双变量坐标图：具有本公开屏障涂层的样品627(具有湿敏磷光体的LED封装)，相对于样品626(没有屏障涂层的具有湿敏性磷光体的LED封装)，和两个对照物628C(具有非湿敏性磷光体的LED封装)和样品629C(具有本公开的屏障涂层的具有非湿敏性磷光体的LED封装)。
图9的数据显示了样品627(具有本发明公开的屏障涂层69和湿敏磷光体)相对于样品626(不具有屏障涂层而具有湿敏磷光体)在高湿度高温度条件下显示出对色移变化的优异耐受性，并且在色移变化性能方面与对照样品628C，629C相当。因此，图9的数据显示了本发明公开的屏障涂层减少了湿敏部件(例如KSF磷光体)的与潮湿相关的劣化。
图10显示了在图9中使用和显示的相同样品的光通量比率百分数(LF_比率_％)随时间(小时)变化的双变量坐标图。因此，图10的数据显示具有本发明公开的屏障涂层具有湿敏性磷光体的样品626在高湿度高温条件下提供了改善的随时间的光通量保持率，并且与对照物628C，629C相当，而样品627(具有湿敏性磷光体而没有屏障层)显示在相同条件下光通量保持率随时间显著下降。
参考图11，对于多个样品(包括含本公开的屏障涂层的样品)，显示了累积失效比率数据相对于时间的坐标图，表现了利用15ppm H2S在50℃和65mA偏压下的耐硫性。失效定义为正向电压(Vf)上升超过10％。样品726代表具有可腐蚀的银部分而没有任何屏障涂层的实施例LED封装。样品727代表具有可腐蚀的银部分而没有任何屏障涂层的另一个实施例LED封装。样品757代表作为对比例的被认为具有良好耐硫性的市售产品(Nichia 757)。样品729代表具有不可腐蚀部分(金)的对照物(与样品726相同的LED封装)。数据显示，当使用本发明的屏障涂层时，与样品727(相同的LED封装)相比，样品728提供累积失效比率的降低。该数据清楚地显示了本发明公开的屏障涂层的优点，用于为包含可腐蚀金属部分(例如银)的LED封装提供改进的耐硫性。同样，可从本发明数据推断，本发明公开的屏障涂层既改善耐硫性，又降低了湿敏部件的潮湿劣化。
附图中所示并且上文所述的本公开实施方案是可以在所附权利要求书的范围内做出的许多实施方案的示例。预期为耐化学性而优化的LED器件的构造及其制造方法可包括不同于具体公开的那些构造的许多构造，包括具体公开的那些构造的组合。

Claims (43)

1.一种LED器件，其包括：
一个或多个LED芯片；
设置在所述一个或多个LED芯片的至少一部分上方的密封剂材料或透镜；和
至少部分地设置在密封剂或透镜上方的屏障涂层。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述屏障涂层包括：含聚丙烯酸酯-硅的材料、含聚甲基丙烯酸酯-硅的材料、或其混合物。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述屏障涂层直接设置在密封剂材料或透镜上。
4.根据权利要求1所述的器件，还包括选自银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、或其合金的一个或多个可腐蚀的金属部件。
5.根据权利要求4所述的器件，其中所述一个或多个可腐蚀的金属部件包含银(Ag)。
6.根据权利要求4所述的器件，其中所述一个或多个可腐蚀的金属部件包含铝(Al)。
7.根据权利要求4所述的器件，其中所述一个或多个可腐蚀的金属部件包含铜(Cu)。
8.根据权利要求1所述的器件，还包括选自银(Ag)、铝(Al)、或其合金的一个或多个反射金属部件。
9.根据权利要求8所述的器件，其中所述一个或多个反射金属部件包含银(Ag)。
10.根据权利要求8所述的器件，其中所述一个或多个反射金属部件包含铝(Al)。
11.根据权利要求1所述的器件，其中所述LED器件包括对潮湿或水蒸气敏感的元素或化合物。
12.根据权利要求11所述的器件，其中所述元素或化合物是氟硅酸钾。
13.根据权利要求1所述的器件，其中所述屏障涂层由式(1)表示：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0>x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、或硅烷封端的聚合物。
14.根据权利要求13所述的器件，其中所述屏障涂层是由式(1)表示的聚合物结构的混合物，其中所述混合物中的至少一种由式(1)表示的聚合物结构具有R1＝氢并且所述混合物中的至少一种由式(1)表示的聚合物结构具有R1＝乙烯基。
15.根据权利要求13所述的器件，其中所述屏障涂层是由式(1)表示的聚合物结构，其中R1＝羟基。
16.根据权利要求4所述的器件，还包括沉积在所述一个或多个金属部件的至少一部分上的附加层，其中所述透镜和所述密封剂位于所述附加层和所述屏障涂层之间。
17.根据权利要求16所述的器件，所述一个或多个金属部件是反射金属并且所述附加层包含一种或多种反射材料。
18.根据权利要求16所述的器件，其中所述附加层与所述屏障涂层相同或不同。
19.一种减少或防止LED器件的可腐蚀金属部件的腐蚀的方法，该方法包括：
将屏障涂层施加到LED器件的密封剂或透镜的至少一部分，该LED器件具有至少一个可腐蚀金属部分；和
减少或防止能够腐蚀所述至少一个可腐蚀金属部分的一种或多种化学物质的渗透。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述屏障涂层包括含聚丙烯酸酯-硅的材料、含聚甲基丙烯酸酯-硅的材料、或其混合物，由式(1)表示：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0>x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物或硅烷封端的聚合物。
21.根据权利要求19所述的方法，其中将屏障涂层直接施加到密封剂或透镜。
22.根据权利要求19所述的方法，还包括减少或防止：在LED器件或封装的操作条件期间正向电压(Vf)的变化；在LED器件的操作条件期间发光度的变化；或者在LED器件的操作条件期间减少或防止在操作条件期间色移的变化。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述可腐蚀金属部分包含银(Ag)。
24.根据权利要求19所述的方法，其中所述可腐蚀金属部分包含铝(Al)。
25.根据权利要求19所述的方法，其中所述可腐蚀金属部分包含铜(Cu)。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述可腐蚀金属部分包含反射金属。
27.根据权利要求19所述的方法，其中所述反射金属包括银(Ag)。
28.根据权利要求19所述的方法，其中所述反射金属包括铝(Al)。
29.根据权利要求19所述的方法，还包含位于附加层和屏障涂层之间的附加层，所述附加层减少或防止所述一种或多种化学物质中的至少一种的渗透。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述附加层包含一定量的一种或多种反射材料，所述反射材料能够反射由LED器件产生的光。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述附加层与所述屏障涂层相同或不同。
32.一种减少或防止LED器件的湿敏部件劣化的方法，该方法包括：
将屏障涂层施加到具有湿敏磷光体的LED器件的密封剂或透镜的至少一部分；
减少或防止能够劣化所述湿敏部件的一定量潮湿蒸气的渗透；和
在LED器件的运输、存储或正常操作条件期间减少或防止至少一个湿敏部件的劣化。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述屏障涂层包括含聚丙烯酸酯-硅的材料、含聚甲基丙烯酸酯-硅的材料、或其混合物，由式(1)表示：
其中R是甲基或乙基或C3-C6直链烷基或支化烷基；每个R1独立地为氢、羟基、烷基、苯基或乙烯基，条件是至少一个R1为氢、羟基或乙烯基；R2和R3独立地为氢、甲基或乙基；并且x和y表示单体的摩尔量，其中0>x+y≤1，并且y>0，排列为嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物或硅烷封端的聚合物。
34.根据权利要求32所述的方法，其中将屏障涂层直接施加到密封剂或透镜。
35.根据权利要求32所述的方法，还包括减少或防止在LED器件的操作条件期间发光度的变化，减少或防止在LED操作条件期间正向电压的变化，或者减少或防止在LED器件的操作条件期间色移的变化。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述湿敏部件是氟硅酸钾磷光体。
37.根据权利要求32所述的方法，还包含附加层，其中所述附加层减少或防止能够使湿敏部件劣化的一定量潮湿蒸气的渗透，其中所述透镜或密封剂位于所述附加层和屏障涂层之间。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述附加层减少或防止能够腐蚀LED器件的一种或多种可腐蚀金属的一种或多种化学物质的渗透。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述一种或多种可腐蚀金属包括银(Ag)。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述一种或多种可腐蚀金属包括铝(Al)。
41.根据权利要求38所述的方法，其中所述一种或多种可腐蚀金属包括铜(Cu)。
42.根据权利要求37所述的方法，其中所述附加层包含一定量的一种或多种反射材料，所述反射材料能够反射由LED器件产生的光。
43.根据权利要求37所述的方法，其中所述附加层与所述屏障涂层相同或不同。
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