CN209487538U

CN209487538U - 基于出光角杀菌的短波紫外led封装器件

Info

Publication number: CN209487538U
Application number: CN201920415974.4U
Authority: CN
Inventors: 葛鹏; 梁仁瓅; 邓玉仓; 陈景文; 陈欢; 陈梧
Original assignee: Hubei Shenzi Technology Co Ltd
Current assignee: Hubei Shenzi Technology Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-10-11
Anticipated expiration: 2029-03-29

Abstract

本实用新型提供了一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，包括支架、短波紫外LED芯片、透镜和硅胶；所述支架包括底板和环形侧壁，所述底板和环形侧壁围合，形成开口向上的下凹空腔；所述支架的底板上设有短波紫外LED芯片，所述支架的环形侧壁上设有所述透镜，所述透镜外侧的一整圈涂覆有所述硅胶；其中，所述透镜的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以固定的出光角射出。本实用新型提供的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，可以有效提高短波紫外LED封装器件的杀菌效率。

Description

基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件

技术领域

本实用新型涉及LED封装技术领域，特别涉及一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件。

背景技术

基于AlGaN的短波紫外LED(即UVCLED，波长范围为250nm<λ<285nm)由于其特性在照射微生物后会破坏及改变微生物DNA(脱氧核糖核酸)结构使细菌当即死亡或停滞细菌繁殖而达到杀菌效果，且单个芯片面积小，便于灵活设计，引起了许多科学家及社会各界的关注。然而，短波紫外LED的低光提取效率决定了单个芯片的辐射功率也较低，仍然不能满足目前的应用要求，这主要因为杀菌应用领域对UVC(短波紫外)光源要求集成度高面积小，且辐射功率要求高，而基于AlGaN的UVCLED发光波长短，光提取技术难度大。

众所周知，封装工艺是LED芯片光参数体现及产品形成的重要关键环节。目前常用的短波紫外LED灯珠常采用平面透镜或硅胶封装，该类短波紫外LED灯珠对出光角度、辐射功率密度及有效杀菌距离、面积缺乏科学研究。然而，杀菌应用领域对短波紫外LED灯珠的有效杀菌使用场景是有极高要求的。因此，找到一种经过优化的最合适的杀菌距离及面积，从而能够有效提高短波紫外光源的杀菌效率，并广泛应用在短波紫外LED杀菌领域的短波紫外LED杀菌封装器件，就成为业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，包括支架、短波紫外LED芯片、透镜和硅胶；所述支架包括底板和环形侧壁，所述底板和环形侧壁围合，形成开口向上的下凹空腔；所述支架的底板上设有短波紫外LED芯片，所述支架的环形侧壁上设有所述透镜，所述透镜外侧的一整圈涂覆有所述硅胶；其中，所述透镜的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以固定的出光角射出。

进一步地，所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，所述支架的环形侧壁上设有卡口，所述支架通过所述卡口与所述透镜相卡接。

进一步地，所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，所述支架的底板上设有短波紫外LED芯片，包括：所述支架的底板中部上设有卡槽，所述短波紫外LED芯片的底部中央嵌入所述卡槽上。

进一步地，所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，所述支架为带有金属焊盘的陶瓷支架。

进一步地，所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，所述透镜的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以固定的出光角射出，包括：

所述透镜的结构为半球形构造，所述半球形构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以60度的出光角射出；其中，所述60度的出光角是指，所述短波紫外LED芯片发出的光线从所述透镜出射的方向，与所述短波紫外LED芯片光轴的夹角为60度。

本实用新型提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，通过将内部透镜设计为半球形构造，使得短波紫外LED芯片发出的光线，以60度的出光角射出，可以有效提高短波紫外LED封装器件的杀菌效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件的杀菌效果示意图；

其中，1、支架；2、短波紫外LED芯片；3、硅胶；4、透镜；5、光线；6、短波紫外LED芯片光轴；7、出光角；8、卡槽；9、卡口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，包括支架1、短波紫外LED芯片2、硅胶3、透镜4、光线5、短波紫外LED芯片光轴6、出光角7、卡槽8和卡口9；所述支架1包括底板和环形侧壁，所述底板和环形侧壁围合，形成开口向上的下凹空腔；所述支架1的底板上设有短波紫外LED芯片2，所述支架1的环形侧壁上设有所述透镜4，所述透镜4外侧的一整圈涂覆有所述硅胶3；其中，所述透镜4的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片2发出的光线5，以固定的出光角7射出。

本实用新型实施例中，硅胶3仅存在于透镜4外侧，短波紫外LED芯片2表面不接触硅胶3，因而延长灯珠使用寿命；该封装结构保证支架1与透镜4的高可靠性结合，又最大程度地保证短波紫外LED芯片2出光，能够广泛应用在LED封装领域。使用硅胶3能够进一步增加支架1与透镜4的结合强度及气密性并且不影响短波紫外波段出光。通过以上方式可以获得高寿命，高结合强度，高气密性的一种高可靠性的短波紫外LED灯珠。

进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，所述支架1的环形侧壁上设有卡口9，所述支架1通过所述卡口9与所述透镜4相卡接。

进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，所述支架1的底板上设有短波紫外LED芯片2，包括：所述支架1的底板中部上设有卡槽8，所述短波紫外LED芯片2的底部中央嵌入所述卡槽8上。

进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，所述支架1为带有金属焊盘的陶瓷支架。

进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，所述透镜4的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片2发出的光线，以固定的出光角7射出，包括：所述透镜4的结构为半球形构造，所述半球形构造，用于使所述短波紫外LED芯片2发出的光线5，以60度的出光角7射出；其中，所述60度的出光角7是指，所述短波紫外LED芯片2发出的光线从所述透镜4出射的方向，与短波紫外LED芯片光轴6的夹角为60度(即出光角7)。

本实用新型实施例提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其杀菌效果可以参见图2，图2中包括：基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件201、菌液盛放区202(具体分成了A,B,C,D四个区域)和菌液分区边界203；1)将初始浓度为2x10⁵cfu(cfu：Colony-Forming Units，菌落形成单位)的菌落按图2示方式制备分隔；(2)架设本发明基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件(出光角为60度)；(3)给短波紫外LED供电3min；(4)分别取A,B,C,D四个区域位置菌液，培养后得到对应区域的菌液浓度，其中，A,B,C,D四个区域中每个区域的厚度均为3cm；(5)整理不同发光角度灯珠对应的不同区域菌液浓度，对比杀菌效率。其中，不同发光角度灯珠是指，基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件201(60度出光角)，对照组灯珠I(90度出光角)和对照组灯珠II(120度出光角)。

实验结果表明，在LED灯珠芯片光功率一致，且灯珠距离菌液距离一致的前提下，与对照组相比，实验组灯珠(即采用基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件201)具有60度角出光的LED封装器件杀菌效果优，在D深度时，A、B、C组的杀菌效果分别为94.28％，82.77％，58.51％。具体情况可以参见表1。

表1

从表1中可见，实验组灯珠与对照组灯珠I和对照组灯珠II相比，在A区域的杀菌率差别不大，分别为实验组灯珠的99.98％杀菌率，对照组灯珠I的99.98％杀菌率，对照组灯珠II的99.94％杀菌率。但是，随着菌液深度的增加，尤其是达到D区域时，杀菌率有了明显差异，分别为实验组灯珠的94.28％杀菌率，对照组灯珠I的82.77％杀菌率，对照组灯珠II的58.51％杀菌率。这说明本实用新型实施例提供的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件201(60度出光角)，在菌液厚度不断增加的情况下，仍然可以获得较为稳定可靠的94％以上的杀菌率(A区域的99.98％，B区域的98.25％，C区域的96.32％，D区域的94.28％)，并且具有较强的菌液穿透杀菌能力(A,B,C,D四个区域总计12cm的菌液深度，任然保持了94％以上的杀菌率)。

本实用新型实施例提供一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其制备方法如下：

(1)使用含有金属焊盘的陶瓷封装支架，常见的尺寸有3535、5050、6060(3535是指封装支架长宽均为3.5mm，类推5050，6060，以上为目前行业内常用支架尺寸，结构一致，仅仅是为了容纳其内部封装的芯片空间合理性而决定长宽，不同尺寸的支架均可采用本实用新型提供的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件)；

(2)在金属支架中心固晶LED芯片并焊接，使LED芯片可靠固定并导通发光(固晶一般采用锡膏后回流焊技术或共晶焊技术，芯片尺寸不限制，一般不超过灯珠支架面积50％，不同固晶方式及不同芯片尺寸均可采用本实用新型提供的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件)；

(3)配置环氧树脂并点胶于金属支架顶部透镜卡口内(环氧树脂为双组分AB胶，配置后使用点胶机点涂于金属支架顶部透镜卡口内，图1所示区域，用量较小，用量一般为0.5ul～5ul，视实际采用支架尺寸而定)；

(4)将透镜放置在金属支架卡口内，80℃，60min烘烤(透镜放置可以使用固晶机或专用设备完成，环氧树脂会因毛细作用均匀存在于透镜与金属支架结合面一整圈)；

(5)配置硅胶并点涂于透镜侧面(硅胶为双组分AB胶，配置后使用点胶机点涂于透镜外侧，如图1所示区域，此处需控制点胶位置及胶量，使得硅胶因毛细作用均匀覆盖于透镜外侧一整圈，点胶量约为5-20ul，视实际采用支架大小而定)；

(6)150℃，60min烘烤固化硅胶。

1、对本实用新型提供的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件(实验组)的透镜与金属支架结合强度进行测试，使用推力测试仪测试透镜推力：硅胶工艺0.5kgf，工艺透镜推力＞4kgf；而传统的LED封装结构(对照组)使用推力测试仪测试透镜推力：工艺透镜推力＜1kgf；表明本实用新型提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件可以显著提升透镜与金属支架结合强度。且环氧树脂仅存在于支架与透镜的结合面上，不接触紫外线，不会因紫外线作用而开裂。

2、本实用新型提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件使得短波紫外LED芯片表面不接触硅胶，硅胶仅存在于透镜外侧(如图1)，因而延长灯珠使用寿命。

3、红墨水实验：将本实用新型提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件(实验组)、以及现有技术的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件(对照组)，一同放于红色墨水的烧杯中，加热煮一段时间，观察红色墨水是否渗入胶体。

结果本实用新型提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件经过红墨水实验后胶体仍然为无色；而传统的LED封装结构(对照组)的胶体会染上红色；红墨水实验验证本实用新型提供的一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件气密性较硅胶工艺强，表明两种材料共同封装，增加灯珠气密可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其特征在于，包括支架、短波紫外LED芯片、透镜和硅胶；所述支架包括底板和环形侧壁，所述底板和环形侧壁围合，形成开口向上的下凹空腔；所述支架的底板上设有短波紫外LED芯片，所述支架的环形侧壁上设有所述透镜，所述透镜外侧的一整圈涂覆有所述硅胶；

其中，所述透镜的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以固定的出光角射出。

2.根据权利要求1所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其特征在于，所述支架的环形侧壁上设有卡口，所述支架通过所述卡口与所述透镜相卡接。

3.根据权利要求1所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其特征在于，所述支架的底板上设有短波紫外LED芯片，包括：

所述支架的底板中部上设有卡槽，所述短波紫外LED芯片的底部中央嵌入所述卡槽上。

4.根据权利要求1所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其特征在于，所述支架为带有金属焊盘的陶瓷支架。

5.根据权利要求1所述的基于出光角杀菌的短波紫外LED封装器件，其特征在于，所述透镜的内部构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以固定的出光角射出，包括：

所述透镜的结构为半球形构造，所述半球形构造，用于使所述短波紫外LED芯片发出的光线，以60度的出光角射出；

其中，所述60度的出光角是指，所述短波紫外LED芯片发出的光线从所述透镜出射的方向，与所述短波紫外LED芯片光轴的夹角为60度。