CN108110124A - 一种top-led器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TOP‑LED器件，所述TOP‑LED器件包括金属支架、包裹该金属支架的杯罩、LED芯片和封装结构；所述杯罩中位于该金属支架顶部的部分为反射杯，所述金属支架由嵌入该反射杯内的金属引脚和外露在该反射杯之外的金属管脚组成，所述LED芯片设置在该金属支架上，所述封装结构填充该反射杯内腔；该封装结构包括依次层叠的上封装胶层、石墨烯层和下封装胶层。本发明提供的TOP‑LED器件的封装结构含石墨烯层，该石墨烯层可以将LED芯片出光面附近的热量迅速水平传递给反射杯的内壁，再由该反射杯将热量传递出去，避免热量纵向向封装胶层传递以及在封装胶层中长期累积，因此有效地延长封装胶层的使用寿命、保证LED芯片的出光效果，从而提高该TOP‑LED器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种TOP-LED器件及其制造方法。
背景技术
相比于传统白炽灯照明和液晶显示，LED具有环保、节能、高效等优点，可广泛应用于全彩显示、日常照明等领域。LED芯片作为一种半导体材料，在电流作用下通过PN结之间的耦合效应将电能转化为光能，然而在能量转换过程中，只约有20～30％的电能转化为光能被利用，其余电能在LED芯片的PN结处被转化为热能。
请参阅图1，其为现有的TOP-LED器件的结构示意图。TOP-LED器件即为顶部出光型的LED器件。该现有的TOP-LED器件包括金属支架11、包裹该金属支架11的杯罩12、LED芯片13和封装胶层14。所述杯罩12中位于该金属支架11顶部的部分为反射杯121，所述金属支架11由嵌入该反射杯121内的金属引脚111和外露在该反射杯121之外的金属管脚112组成。所述LED芯片13设置在该金属支架11上，所述封装胶层14填充该反射杯121内腔。
该现有的TOP-LED器件工作时，热量主要集中在LED芯片13的PN结附近，因此主要的散热方式为，LED芯片13把热量传递给金属支架11，由该金属支架11将热量散发出去，而剩余的热量会集中在LED芯片13出光面附近的封装胶层14中，其以缓慢的速度通过该封装胶层14扩散到空气中，而热量在封装胶层14中传导时，会对该封装胶层14产生一定的破坏作用。总之，该现有的TOP-LED器件的散热效果差，持续的高温会导致LED芯片13的光衰增加，影响其发光性能，而且难以散发出去的热能会造成封装胶层14变性发黄，最终导致该TOP-LED器件失效。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种散热性能好的TOP-LED器件。
本发明采用的技术方案为：
一种TOP-LED器件，包括金属支架、包裹该金属支架的杯罩、LED芯片和封装结构；所述杯罩中位于该金属支架顶部的部分为反射杯，所述金属支架由嵌入该反射杯内的金属引脚和外露在该反射杯之外的金属管脚组成，所述LED芯片设置在该金属支架上，所述封装结构填充该反射杯内腔；该封装结构包括依次层叠的上封装胶层、石墨烯层和下封装胶层。
石墨烯是目前发现的最薄、最坚硬的纳米材料，其具有很高的透光性，几乎完全透明。石墨烯为呈六边形蜂窝晶格的平面二维结构，在平面XY方向拥有5300W/(m·K)的极高热导系数，而在垂直Z方向的热导系数只有15W/(m·K)，因此它具有很高的平面导热效果，且可防止热量的纵向扩散。
相对于现有技术，本发明提供的TOP-LED器件的封装结构含石墨烯层，该石墨烯层可以将LED芯片出光面附近的热量迅速水平传递给反射杯的内壁，再由该反射杯将热量传递出去，避免热量纵向向封装胶层传递以及在封装胶层中长期累积，因此有效地延长封装胶层的使用寿命、保证LED芯片的出光效果，从而提高该TOP-LED器件的可靠性。
具体地，所述LED芯片为倒装结构的LED芯片，所述石墨烯层的下表面高于该LED芯片的出光面。
具体地，所述石墨烯层的下表面与所述LED芯片的出光面的距离为20μm～50μm。
具体地，所述LED芯片通过导线与所述金属引脚形成电连接，所述石墨烯层的下表面高于所述导线的最高点。
具体地，所述石墨烯层的下表面与所述导线的最高点的距离为20μm～50μm。
具体地，所述石墨烯层的厚度大于或等于0.34nm。
具体地，所述LED芯片为红光LED芯片、绿光LED芯片或蓝光LED芯片中的任意一种、两种或三种组合。
本发明的另一目的是，提供上述TOP-LED器件的制造方法，该制造方法包括组装金属支架和杯罩、在金属支架上安放LED芯片以及封装杯罩的反射杯内腔的过程；封装杯罩的反射杯内腔包括以下步骤：
(1)将封装胶覆盖在反射杯内腔里，形成覆盖LED芯片的下封装胶层；
(2)将含石墨烯的材料覆盖在下封装胶层的表面，形成石墨烯层；
(3)将封装胶覆盖在石墨烯层的表面，形成上封装胶层。
具体地，在步骤(2)中，将混有石墨烯的石墨烯分散液滴加在下封装胶层的表面，待分散液中的液体蒸发后，形成石墨烯层。
具体地，在步骤(2)中，将混有石墨烯的封装胶点在下封装胶层的表面，形成平铺在该下封装胶层上的石墨烯层。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是现有的TOP-LED器件的结构示意图。
图2是本发明的TOP-LED器件的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图2，其是本发明的TOP-LED器件的结构示意图。
本发明提供一种TOP-LED器件，该TOP-LED器件包括金属支架21、包裹该金属支架21的杯罩22、LED芯片23和封装结构。所述杯罩22中位于该金属支架21顶部的部分为反射杯221，所述金属支架21由嵌入该反射杯221内的金属引脚211和外露在该反射杯221之外的金属管脚212组成。所述LED芯片23设置在该金属支架21上，所述封装结构填充该反射杯221内腔，该封装结构包括依次层叠的上封装胶层241、石墨烯层242和下封装胶层243。
所述反射杯221内壁可涂覆导热涂料，有利于把石墨烯层242传递过来的热量再传递给金属支架21。
所述上封装胶层241的表面与所述反射杯221的顶端端面齐平。
所述石墨烯层242包含单层片状或多层片状的石墨烯。该石墨烯层242的厚度大于或等于0.34nm，也就是大于或等于单层石墨烯的厚度。
所述LED芯片23为正装结构的LED芯片，正装结构包括水平结构和垂直结构，则该LED芯片23通过导线25与所述金属引脚211形成电连接，所述石墨烯层242的下表面高于该LED芯片23的出光面，并且高于该导线25的最高点，更优地，该石墨烯层242的下表面与该导线25的最高点的距离h为20μm～50μm，防止该石墨烯层242与该导线25接触而形成短路，同时也保证LED芯片23出光面附近的热量由该石墨烯层242能及时横向地传导至该反射杯221的内壁，避免热量纵向扩散到上封装胶层241中。
或者，所述LED芯片23为倒装结构的LED芯片，则该LED芯片23的正负极直接焊接在所述金属引脚211上，所述石墨烯层242的下表面高于该LED芯片23的出光面，更优地，该石墨烯层242的下表面与该LED芯片23的出光面的距离为20μm～50μm，保证LED芯片23出光面附近的热量由该石墨烯层242能及时横向地传导至该反射杯221的内壁，避免热量纵向扩散到上封装胶层241中。
所述LED芯片23为红光LED芯片、绿光LED芯片或蓝光LED芯片中的任意一种、两种或三种组合。所述LED芯片23的数量不受限制，因此所述导线25的数量也不受限制。例如，该TOP-LED器件为单色LED器件，所述LED芯片23为一蓝光LED芯片，该蓝光LED芯片为正装水平结构，则需要两根导线将该蓝光LED芯片的正负极分别与该金属引脚211连接起来，所述石墨烯层242的下表面要高于该两根导线的最高点；又如，该TOP-LED器件为全彩LED器件，所述LED芯片23为一红光LED芯片、一绿光LED芯片和一蓝光LED芯片的组合，该红光LED芯片为正装垂直结构，通过一根导线与该金属引脚211形成电连接，该绿光LED芯片为正装水平结构，通过两根导线与该金属引脚211形成电连接，该蓝光LED芯片为正装水平结构，通过两根导线与该金属引脚211形成电连接，则所述石墨烯层242的下表面要高于该五根导线的最高点，避免发生短路。
由于石墨烯具有很好的平面导热效果，因此所述石墨烯层242可以将LED芯片23出光面附近的热量迅速水平传递给反射杯221的内壁，同时防止热量的纵向扩散。除石墨烯外，本发明也可采用其他导热系数高的材料来代替石墨烯，如碳纳米管等材料。
基于上述TOP-LED器件，本发明还提供一种TOP-LED器件的制造方法，该制造方法包括组装金属支架21和杯罩22、在金属支架21上安放LED芯片23和封装杯罩22的反射杯221内腔的过程。
组装金属支架21和杯罩22的过程为：在该金属支架21上注塑PPA材料，形成杯罩22，该杯罩22中位于该金属支架21顶部的部分为反射杯221，然后对该金属支架21进行折弯，使该金属支架21形成嵌入该反射杯221内的金属引脚211和外露在该反射杯221之外的金属管脚212。
在金属支架21上安放LED芯片23过程为：若该LED芯片23为倒装结构，则在该金属引脚211上点锡膏，再把该LED芯片23的正负极对准锡膏，放置在该金属引脚211上，过回流焊，使该LED芯片23安装固定在该金属引脚211上；若LED芯片23为正装结构，则先利用银浆或胶浆将该LED芯片23固定在该金属引脚211上，然后在该金属引脚211上焊接导线25，通过该导线25将该LED芯片23与该金属引脚211连接起来。
封装杯罩22的反射杯221内腔具体包括以下步骤：
(1)将封装胶覆盖在反射杯221内腔里，形成覆盖LED芯片23的下封装胶层243；
(2)将含石墨烯的材料覆盖在下封装胶层243的表面，形成石墨烯层242；
(3)将封装胶覆盖在石墨烯层242的表面，形成上封装胶层241。
具体地，在步骤(1)中，通过点胶、喷胶或注塑等方式将封装胶平铺地覆盖在反射杯221内腔里。在步骤(3)中，通过点胶、喷胶或注塑等方式将封装胶平铺地覆盖在石墨烯层242的表面。
具体地，在步骤(2)中，将混有石墨烯的石墨烯分散液滴加在下封装胶层243的表面，待分散液中的液体蒸发后，形成石墨烯层242。所述混有石墨烯的石墨烯分散液，是指含有均匀分散的石墨烯的乙醇水溶液、无水乙醇或去离子水。作为进一步优选，所述混有石墨烯的石墨烯分散液，是指含有均匀分散的石墨烯的乙醇水溶液，其中无水乙醇和去离子水的用量能达到分散石墨烯的效果即可，无水乙醇的含量越高，该混有石墨烯的石墨烯分散液中的液体蒸发速率就越高，本领域的技术人员可以根据所需的蒸发速率调整无水乙醇与去离子水的配比，保证该混有石墨烯的石墨烯分散液在其液体蒸发之前能完全润湿下封装胶层243的表面，使石墨烯均匀地分布在下封装胶层242的表面。
或者，在步骤(2)中，将混有石墨烯的封装胶点在下封装胶层243的表面，形成平铺在该下封装胶层243上的石墨烯层242。
本发明TOP-LED器件的制造方法所采用的封装胶为环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂或聚碳酸酯等材料。
相对于现有技术，本发明提供的TOP-LED器件的封装结构含石墨烯层242，该石墨烯层242可以将LED芯片23出光面附近的热量迅速传递给反射杯221的内壁，再由该反射杯221将热量传递出去，避免热量在上封装胶层241和下封装胶层243中长期累积，因此有效地延长封装胶层241和下封装胶层243的使用寿命、保证LED芯片23的出光效果，从而提高该TOP-LED器件的可靠性。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (10)
1.一种TOP-LED器件，包括金属支架、包裹该金属支架的杯罩、LED芯片和封装结构；所述杯罩中位于该金属支架顶部的部分为反射杯，所述金属支架由嵌入该反射杯内的金属引脚和外露在该反射杯之外的金属管脚组成，所述LED芯片设置在该金属支架上，所述封装结构填充该反射杯内腔；其特征在于：该封装结构包括依次层叠的上封装胶层、石墨烯层和下封装胶层。
2.根据权利要求1所述的TOP-LED器件，其特征在于：所述LED芯片为倒装结构的LED芯片，所述石墨烯层的下表面高于该LED芯片的出光面。
3.根据权利要求2所述的TOP-LED器件，其特征在于：所述石墨烯层的下表面与所述LED芯片的出光面的距离为20μm～50μm。
4.根据权利要求1所述的TOP-LED器件，其特征在于：所述LED芯片通过导线与所述金属引脚形成电连接，所述石墨烯层的下表面高于所述导线的最高点。
5.根据权利要求4所述的TOP-LED器件，其特征在于：所述石墨烯层的下表面与所述导线的最高点的距离为20μm～50μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的TOP-LED器件，其特征在于：所述石墨烯层的厚度大于或等于0.34nm。
7.根据权利要求1所述的TOP-LED器件，其特征在于：所述LED芯片为红光LED芯片、绿光LED芯片或蓝光LED芯片中的任意一种、两种或三种组合。
8.一种TOP-LED器件的制造方法，该制造方法包括组装金属支架和杯罩、在金属支架上安放LED芯片以及封装杯罩的反射杯内腔的过程；其特征在于，封装杯罩的反射杯内腔包括以下步骤：
(1)将封装胶覆盖在反射杯内腔里，形成覆盖LED芯片的下封装胶层；
(2)将含石墨烯的材料覆盖在下封装胶层的表面，形成石墨烯层；
(3)将封装胶覆盖在石墨烯层的表面，形成上封装胶层。
9.根据权利要求8所述的TOP-LED器件的制造方法，其特征在于：在步骤(2)中，将混有石墨烯的石墨烯分散液滴加在下封装胶层的表面，待分散液中的液体蒸发后，形成石墨烯层。
10.根据权利要求8所述的TOP-LED器件的制造方法，其特征在于：在步骤(2)中，将混有石墨烯的封装胶点在下封装胶层的表面，形成平铺在该下封装胶层上的石墨烯层。
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