CN203573980U - 一种led面光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED面光源，包括基板、设置在所述基板上的LED芯片以及用于将LED芯片封装在所述基板上的封装体，所述封装体呈截面球体，所述截面球体的截面与所述基板紧贴并与所述基板固定。本实用新型LED面光源，采用呈截面球体的封装体，使得LED芯片发出的光经封装体出光后，发光角度较大，并且，出射光的均匀性也较好。本实用新型LED面光源结构简单，生产成本低，易于市场化推广应用，具有广阔的应用前景。

Description

一种LED面光源

技术领域

本实用新型涉及LED光源领域，具体涉及一种大发光角度的LED面光源。

背景技术

半导体发光二极管（LED）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光，LED的优点非常明显，具有寿命长、光效高、无辐射与低功耗等优点。LED已开始被广泛应用于户外照明、景观亮化、农业照明等领域。

LED作为第四代照明光源，由于具有节能环保、寿命长、体积小等无可比拟优势而成为新型的绿色光源，被认为是传统光源的理想替代品，已成为21世纪最具发展前景的领域之一。

目前LED的封装一般采用平面封装和模顶封装。平面封装主要包括贴片和集成。平面封装方式操作简单普及率较高，但在有效发光效率和光通量方面不如硅胶透镜封装方式；并且一般贴片LED系列的发光角度为110至120度之间，这样会在侧面及后面形成一定的暗区，一定程度上会影响整体灯光效果及环境美观度。而模顶封装则是利用硅胶加注在半球形模具内，然后加热固化后再脱模形成半球形透镜，可以满足出光角度大的要求，但是该工艺操作繁琐、设备投资大、一般的封装企业很难承受。

申请公布号为CN103183963A的中国发明专利申请公开了一种LED用有机硅树脂封装料，包括：10～90重量份硅树脂A，每分子至少含有与硅直接连接的链烯基、苯基和羟基；10～90重量份硅树脂B，它是硅树脂A在碱或其水溶液催化下，进一步发生缩合反应得到的产物，每分子至少含有与硅直接连接的链烯烃和苯基；5～50重量份的聚硅氧烷C，每分子至少含有与硅直接连接的氢和苯基；0.01～0.5重量份的铂催化剂D；0.01～0.5重量份的抑制剂E。虽然该封装料的粘度可以灵活调控，固化后结构均一性好、应力小、力学性能优异，但是其在点胶工艺中，难以形成特定形状的封装体，其力学性能有待进一步提高。

申请公布号为CN101935455A的中国发明专利申请公开了一种LED封装用有机硅材料及其制备方法，由A组分和B组分按照质量比0.3:1～1:30混合，然后加入D组分、E组分和C组分，混合均匀后制备而成；所述的A组分为乙烯基聚硅氧烷，所述的B组分为含氢聚硅氧烷，所述的C组分为铂络合物和抑制剂的混合物，C组分的用量按铂络合物的用量是铂金属元素质量为1～60ppm，且抑制剂与铂原子的摩尔比为2～150:1。所述的D组分为(Me₃SiO)_e(MeViSiO)_fSiO₂的乙烯基MQ树脂，所述的E组分是正硅酸乙酯、乙烯基三甲氧基硅烷、硼酸正丁酯、硼酸异丙酯、异辛酸钛、钛酸正丁酯等中的一种或几种。该LED封装用有机硅材料的强度和硬度虽然可以通过添加D组分（用于增加封装材料的机械强度和硬度）和E组分（用于增加封装材料与LED封装支架的粘结力）进行调节，但是，在点胶工艺中，难以形成特定形状的封装体，容易出现塌陷等情形。

实用新型内容

本实用新型提供了一种LED面光源，采用呈截面球体的封装体，能够增大发光角度并提高出射光的均匀性。

一种LED面光源，包括基板、设置在所述基板上的LED芯片以及用于将LED芯片封装在所述基板上的封装体，所述封装体呈截面球体，所述截面球体的截面与所述基板紧贴并与所述基板固定。

本实用新型中，采用截面球体的封装体，使得LED芯片发出的光经封装体出光后，发光角度较大，并且，出射光的均匀性也较好。

为了提高封装体与基板之间的附着力，提高使用的稳定性，作为优选，所述截面球体的截面半径为球体半径的0.5～1倍，截面半径相对较大，即所述截面球体与所述基板紧贴固定的面较大，增大了支撑稳固面。进一步优选，所述截面球体的截面半径为球体半径的0.8～1倍，在保证较大发光角度的同时，提高出射光的均匀性。

进一步优选，所述截面球体的体积小于等于所述截面球体的截去部分的体积，即所述截面球体的截面为最大面，在保证密封性和使用方便性的同时，该结构可以通过点胶工艺实现，易于实施。

所述基板可以为透明或不透明材料，作为优选，所述的基板为玻璃基板、陶瓷基板或者塑料基板，上述的基板均能很好地符合使用要求。进一步优选，所述的基板为陶瓷基板，陶瓷基板具有更好好的导热性和耐温性。

所述基板上设有电极（可焊接），电极一端与LED芯片连接，另一端用于与外界电路连接。所述电极材质为金、银、镍、铝、锡或其合金。

所述LED芯片为多个，多个LED芯片形成LED芯片阵列，能够提高本实用新型LED面光源的发光强度以及提高光照均匀度。

所述LED芯片阵列中的各个LED芯片采用串联或/和并联的方式连接，一般在LED芯片阵列中采用串联和并联方式并用，即每个支路串联有一定数量的LED芯片，再将这些支路并联在一起形成LED芯片阵列。并联在一起的支路之间，如果某一支路不工作，不会影响其他支路，如果某一支路中的某一个LED芯片不工作，会导致该支路无法正常工作，但是不会影响其他支路，从而保证了本实用新型LED面光源的正常使用。

所述的封装体由黄色荧光粉和LED用有机硅树脂封装料制成，黄色荧光粉与LED用有机硅树脂封装料的质量比为0.1～1：100。

黄色荧光粉为铈掺杂钇铝石榴石黄色荧光粉，即YAG:Ce³⁺黄色荧光粉，能被405nm～510nm蓝光有效激发，发出高效的可见光，物理化学性能很稳定。铈掺杂钇铝石榴石黄色荧光粉，可采用现有技术制备，具体可参照文献“铈掺杂钇铝石榴石荧光粉的湿化学法制备与表征”（郭瑞，厦门大学，发表时间为2008年05月01日，硕士论文），可采用高温固相反应法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、共沉淀法、分步沉淀法、均匀沉淀法、燃烧合成法等。优选采用共沉淀法制备铈掺杂钇铝石榴石黄色荧光粉（Y_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce^{3 +}），即Ce³⁺浓度为0.06，具有较好的发光强度。

一种LED面光源的制备方法，采用特定的LED用有机硅树脂封装料，通过真空点胶即可形成特定形状的封装体，不会出现塌陷等情形。

一种LED面光源的制备方法，包括以下步骤：

将LED芯片与基板电连接，对基板预热，再将LED用有机硅树脂封装料与黄色荧光粉混合，然后将混合材料用真空点胶点在预热的基板上，经加热固化后，形成LED面光源。

一种LED用有机硅树脂封装料，在保证优异力学性能的前提下，赋予LED用有机硅树脂封装料良好的导热性和良好的阻燃性。

一种LED用有机硅树脂封装料，由以下质量百分数的组分制成：

作为优选，LED用有机硅树脂封装料，由以下质量百分数的组分制成：

乙烯基硅油，即聚甲基乙烯基硅氧烷，作为基础胶，由Si-O-Si主链构成，主要有：端乙烯基型硅油、侧链乙烯基型硅油和端/侧链乙烯基型硅油，具有较好的物理机械性能，主要体现在：具有很好的耐候性、耐紫外老化性能以及抗湿性，在可见光下比环氧树脂具有更好的透明性，减缓LED的光衰减，增加了光透过率，提高了发光强度和效率。

含氢硅油，即氢基聚甲基硅氧烷，作为交联剂，可提高LED用有机硅树脂封装料的力学性能。

铂催化剂能够加速加成反应的进行，形成硅橡胶。作为优选，所述的铂催化剂为氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷或者氯铂酸-异丙醇。

抑制剂，确保加成型液体硅橡胶的存贮期和适用期，能延迟氢硅化加成反应的抑制剂，已满足生产与应用之需。抑制剂可采用现有技术，包括：1、含N、P、S的有机化合物；2、含Sn、Pb、Hg、Bi、As等的重金属粒子化合物；3、含炔基及多乙烯基的化合物等。作为优选，可选用炔基环己醇，具体可选用乙炔基环己醇。

增粘剂可以增加各组分之间的粘结性，使LED用有机硅树脂封装料具有良好的力学性能。作为优选，所述的增粘剂为复配增粘剂，为气相法白炭黑、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的混合物，其中，气相法白炭黑主要是起增稠、触变和控制流动性的作用，均匀分散后，白炭黑表面的活性硅羟基易与聚合物形成氢键，产生结构化效应，形成网状结构，使得体系的黏度增加。气相法白炭黑可用作补强剂，既可以提高制品的撕裂强度和耐磨性，又能使胶料的耐老化、电绝缘等性质得到明显改善。气相法白炭黑LED用有机硅树脂封装料中还可以起到一定的导热作用。γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷复合在一起，残留大量的硅羟基，在硅橡胶固化时，可以使各组分更好地粘结在一起，同时，该复配增粘剂本身也是一种多支化的Si-O-Si结构，可以与阻燃填料协同起到阻碍复合材料燃烧的作用。作为优选，所述的气相法白炭黑、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的质量比为1：1：0.6～1。因此，采用气相法白炭黑、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷作为增粘剂，不但能够提高材料的力学性能，还能与导热填料、阻燃填料产生协同作用，提高导热性和阻燃性。

导热填料可以提高LED用有机硅树脂封装料的导热性能。导热填料为氧化硅、氧化铝（即三氧化二铝）、氧化镁、氧化锌、氧化铝、氮化硼、碳化硅等中的一种或两种以上。

阻燃填料可以提高LED用有机硅树脂封装料的阻燃性能。作为优选，所述阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌等中的一种，不仅能阻燃，而且可以发烟、不产生滴下物、不产生毒气。

通过各组分的复配，赋予LED用有机硅树脂封装料良好的导热性和阻燃性，同时，还能够使得LED用有机硅树脂封装料具有优异的力学性能。

所述的LED用有机硅树脂封装料的制备方法，包括以下步骤：

在乙烯基硅油中加入导热填料、阻燃填料和增粘剂，混合均匀后，再加入含氢硅油和抑制剂，最后加入铂催化剂，经混合均匀，抽真空脱泡，得到LED用有机硅树脂封装料。

制备的LED用有机硅树脂封装料需要马上进行使用。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型LED面光源，采用呈截面球体的封装体，使得LED芯片发出的光经封装体出光后，发光角度较大，并且，出射光的均匀性也较好。本实用新型LED面光源结构简单，生产成本低，易于市场化推广应用，具有广阔的应用前景。

LED面光源的制备方法，采用特定的LED用有机硅树脂封装料，通过真空点胶即可形成特定形状的封装体，不会出现塌陷等情形。LED用有机硅树脂封装料，在保证优异力学性能的前提下，赋予LED用有机硅树脂封装料良好的导热性和良好的阻燃性。

附图说明

图1为本实用新型LED面光源（单个）的结构示意图；

图2为本实用新型LED面光源（LED芯片阵列）的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本实用新型LED面光源（单个）以及（LED芯片阵列），包括基板1、设置在基板1上的LED芯片以及用于将LED芯片封装在基板1上的封装体2，封装体2呈截面球体，截面球体2的截面与基板1紧贴并与基板1固定。截面球体2的截面半径可为球体半径的0.5～1倍，进一步可为球体半径的0.8～1倍，图1和图2中，截面球体2为半球体，即截面球体2的截面半径为球体半径的1倍。截面球体2的体积等于截面球体2的截去部分的体积。基板1为玻璃基板、陶瓷基板或者塑料基板。图1中具体选用陶瓷基板。基板1上设有可焊接的电极，电极一端与LED芯片连接，另一端用于与外界电路连接。图2中LED芯片为多个，即封装体2也为多个，多个LED芯片形成LED芯片阵列，LED芯片阵列中的各个LED芯片采用串联或/和并联的方式连接。

实施例1

LED面光源的制备方法，包括以下步骤：

将LED芯片（蓝光LED芯片，德国Aixtron公司，Si衬底GaN基蓝光LED芯片，1w）与基板1上的电极电连接，并将基板1预热，向乙烯基硅油中加入γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、气相法白炭黑、三氧化二铝和氢氧化铝，经分散机搅拌、抽真空脱泡以及静置3h后，再加入含氢硅油和乙炔基环己醇混合均匀，最后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷和铈掺杂钇铝石榴石黄色荧光粉（Y_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺），搅拌均匀后进行真空脱泡，然后将混合材料用真空点胶机点在预热的基板1上，形成特定形状的封装体，再在100℃固化1h和150℃固化30min次序连续加热固化，形成LED面光源。封装体2的半径为0.9cm。其他同图1，即具体实施方式中的结构描述。铈掺杂钇铝石榴石黄色荧光粉与LED用有机硅树脂封装料的质量比为0.5：100。

LED用有机硅树脂封装料，选用以下质量百分含量的原料：

乙烯基硅油：300mPa·s，乙烯质量百分含量为0.7%，工业级，浙江新安化工集团股份有限公司；

含氢硅油：含氢重量百分含量0.5%，工业级，广州四海化工有限公司；

三氧化二铝：粒径0.5μm，工业级；

氢氧化铝：粒径0.3μm，工业级；

气相法白炭黑：沈阳化工股份有限公司。

实施例2

LED用有机硅树脂封装料选用以下质量百分含量的原料：

其他同实施例1。

实施例3

LED用有机硅树脂封装料选用以下质量百分含量的原料：

其他同实施例1。

实施例4

LED用有机硅树脂封装料选用以下质量百分含量的原料：

其他同实施例1。

实施例5

LED用有机硅树脂封装料，选用以下质量百分含量的原料：

其他同实施例1。

对比例1

LED用有机硅树脂封装料，选用以下质量百分含量的原料：

其他同实施例1。

对比例2

LED用有机硅树脂封装料，选用以下质量百分含量的原料：

其他同实施例1。

拉伸强度和断裂伸长率：按GB/T528-2009用电子万能试验机测定；剪切强度：按GB/T13936-1992用电子万能试验机测定。

燃烧性能测试：按照GB/T10707-2008测定垂直燃烧等级。

导热率测试：按GB/T11205-1989测定，将混合材料用真空点胶机点在平板上形成150mm×150mm×3mm的试样，在热面加入稳定的热面温度，热量通过试样传递到冷面，测量传递的热流，再根据试样的厚度和传热面积计算热导率。

λ=（Q·L）/[A·(Ta-Td)]

λ：材料的热导率，W·m^-1·K^-1；Q：热流，W；A：试样截面积，m²；L∶试样厚度，m；Ta：试样热面温度，K；Td：试样冷面温度，K。

实施例1～5的LED面光源上的封装体其测试结果如表1所示。根据实施例1～5的LED面光源的发光曲线可知，实施例1～5的LED面光源的平均光束角（50%）分别为176.2度、175.6度、175.8度、175.5度以及172.1度，其发光角度较大。

表1

从表1可知，实施例1～5的LED面光源上的封装体具有良好的导热性以及阻燃性，最重要的是，还能保证材料具有优异的力学性能。

从实施例1与实施例5相比，采用的增粘剂不同，采用气相法白炭黑、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷的混合物作为增粘剂，不但可以提高材料的力学性能，还可以协同氢氧化铝和三氧化二铝提高材料的阻燃性能和导热性。

从实施例1与对比例1可知，在不添加阻燃填料氢氧化铝，只添加导热填料三氧化二铝，三氧化二铝的添加量较多，导热性和力学性能虽然有一定的下降，但是整体表现相对还可以，三氧化二铝能够与增粘剂中的成分协同提高导热性，导热性较好，其燃烧等级UL-94就较差，为HB，这主要是基于乙烯基硅油与含氢硅油加成的硅胶材料结构的性能。

从实施例1与对比例2可知，在不添加导热填料三氧化二铝，只添加阻燃填料氢氧化铝，氢氧化铝能够与增粘剂中的成分协同提高阻燃性，使其具有V-0燃烧等级，但是由于没有添加导热填料三氧化二铝，其导热性较差。

Claims (2)

1.一种LED面光源，包括基板、设置在所述基板上的LED芯片以及用于将LED芯片封装在所述基板上的封装体，其特征在于，所述封装体呈截面球体，所述截面球体的截面与所述基板紧贴并与所述基板固定； 

所述截面球体的截面半径为球体半径的0.8～1倍，所述截面球体的体积小于等于所述截面球体的截去部分的体积； 

所述基板上设有电极，电极一端与LED芯片连接，另一端用于与外界电路连接； 

所述LED芯片为多个，多个LED芯片形成LED芯片阵列，所述LED芯片阵列中的各个LED芯片采用串联和并联的方式连接，每个支路串联有LED芯片，再将这些支路并联在一起形成LED芯片阵列。 

2.根据权利要求1所述的LED面光源，其特征在于，所述的基板为玻璃基板、陶瓷基板或者塑料基板。 

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