CN102456809B - 一种led组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED组件及其制备方法。本发明公开的LED组件包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有过渡硅胶层，所述过渡硅胶层上覆盖有荧光粉层；其中，所述支架内壁上具有光扩散层，所述光扩散层中含有硅胶和光扩散粒子。本发明公开的LED组件发光效率高，光通量高，并且荧光粉不易老化，使用寿命长。

Description

一种LED组件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种LED组件及其制备方法。

背景技术

发光二极管（Light Emitting Diode、LED），是一种注入电致发光器件，以其耗电量少、光色纯、全固态、质量轻、体积小、环保等一系列的优点，成为21世纪最具发展前景的高技术产品之一。LED产业始于20世纪70年代，90年代以来在全球范围内迅速崛起并高速发展。美国、日本、欧盟、中国台湾等发达国家和地区，纷纷把L ED作为“照亮未来的技术”，陆续启动固态照明计划，欲抢先一步占领这一战略技术制高点。我国LED产业从2001年起也进入了高速发展的增长时期，并呈现出良好的发展势头。据不完全统计，2006年我国LED的产值为140亿元，预计2008年应用市场规模将达到540亿元，到2010年国内LED产业的规模将超过1000亿元，展现出了广阔的开发前景。而随着功率型白光LED制造技术的不断完善，其发光效率、亮度和功率都有了大幅度的提高。但是，在制造功率型白光LED器件的过程中，除了芯片制造技术、荧光粉制造技术和散热技术外，LED封装材料的性能对其发光效率、亮度以及使用寿命也将产生显著的影响。使用耐紫外、耐热老化、高折射率、低应力的封装材料，可明显提高照明器件的光输出功率和使用寿命。

传统白光LED的封装技术是将荧光粉与硅胶共混后涂覆在LED支架上，使荧光粉与芯片直接接触。但是，上述结构中，由于硅胶的导热性不好，导致芯片表面产生的热量无法有效的散开，而是大量的被荧光粉吸收，加速荧光粉的老化。

为了解决荧光粉老化问题，现有技术中，通过在荧光粉涂层与芯片之间增加一层硅胶，使荧光粉涂层与芯片隔离，避免了荧光粉的受热老化。但是，上述结构的LED组件的光萃取效率低，芯片发出的光除了部分被荧光粉吸收外，大部分会从支架内壁反射回芯片，造成光损失。

发明内容

为了解决现有技术中的LED组件的发光效率低，荧光粉易老化的问题，本发明公开了一种LED组件，其发光效率高，光通量高，并且荧光粉不易老化，使用寿命长。

本发明公开的LED组件包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有过渡硅胶层，所述过渡硅胶层上覆盖有荧光粉层；其中，所述支架内壁上具有光扩散层，所述光扩散层中含有硅胶和光扩散粒子。

同时，本发明公开的上述的LED组件的制备方法，包括：

a、在支架内壁涂覆光扩散浆液，并固化，形成光扩散层；其中，光扩散浆液中含有硅胶和光扩散粒子；

b、将芯片固晶于支架内，并引线，形成电极；

c、在芯片上涂覆液态硅胶，并硫化，形成过渡硅胶层；

d、在过渡硅胶层上涂覆荧光粉胶，并热处理。

本发明的发明人发现，传统的LED组件中，芯片发出的光经过支架内壁反射后，射向荧光粉层。但是，由于荧光粉层中分布有大量的荧光粉颗粒，荧光粉颗粒同样具有一定的反射性，导致部分射向荧光粉层的光线被反射回支架内，经支架射向芯片方向，一定程度上影响了LED组件的发光效率和光通量。发明人通过大量的实验，在支架内壁形成光扩散层，改变经支架内壁反射的光的方向，降低射向芯片的光的量，使其射向荧光粉层方向，提高了光线的利用率和光通量。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开的LED组件包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有过渡硅胶层，所述过渡硅胶层上覆盖有荧光粉层；其中，所述支架内壁上具有光扩散层，所述光扩散层中含有硅胶和光扩散粒子。

作为LED组件的基本组成部分，上述支架为本领域公知的支架，在本发明中，该支架可选用贴片式支架，例如具体可选用型号为3528、5050、6020等的常规LED支架。上述支架均可通过商购得到。

上述芯片为LED组件中的发光功能件，具体为本领域公知的。从芯片延伸出的电极用于在使用过程中为芯片供电，以实现其发光功能。具体采用的芯片均可通过商购得到，在此不再赘述。

作为本领域技术人员所公知的，上述支架通常具有凹陷部，芯片即设置于该凹陷部内，该凹陷型的内壁同时具有高反射性，可将从芯片射向内壁的光线反射向支架的开口处。

根据本发明，在所述支架内，于所述芯片上还覆盖有过渡硅胶层。该过渡硅胶层的结构可采用现有技术中公知的结构，优选情况下，所述过渡硅胶层厚度为大于芯片厚度，以便能将芯片完全覆盖。同时，进一步优选情况下，该过渡硅胶层的厚度小于支架深度的1/3，以便能进一步有效的容纳后续的荧光粉层。

其中，在上述支架的内壁上具有光扩散层，所述光扩散层中含有硅胶和光扩散粒子。

根据本发明，光扩散层中的硅胶为现有技术中的有机硅胶，优选情况下，所述硅胶的透光率为90%-99.9%，进一步优选为92-98%，其邵氏硬度为D35-80。本发明中，透光率是指：对上述硅胶基体进行光照，透过硅胶基体的光量与投射到硅胶基体表面的光总量之比。

所述光扩散粒子的平均粒径不大于10um，优选为0.5-10um，更优选为1-5um。在本发明公开的光扩散层中，光扩散粒子起到作用为改变光线的传播方向。而光线实际上是具有一定波长的光波，如果光扩散粒子的粒径过大，散射光线的效果不好。本发明的发明人发现，当采用的光扩散粒子的平均粒径在上述范围内是，光扩散粒子不但能对光线进行有效的散射，同时，该分散于光扩散层中的光扩散粒子能起到增强的作用，提高作为基体材料的硅胶的力学性能。

作为进一步的优选情况，上述光扩散粒子的折射率为1.5-3.0，更优选为1.8-2.6。在本发明中，采用的光扩散粒子选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种。

如前文所述，平均粒径和折射率在上述范围内的光扩散粒子可通过商购得到，如杭州万景新材料有限公司生产的氧化钛VK-T01--66。

在本发明公开的光扩散层中，所述光扩散粒子的含量为0.1-5wt%，优选为1-3wt%。由于光扩散层主要作用是传导光线，故应尽量减少光线能量在光扩散层中的损失。发明人发现，当光扩散粒子的含量在上述范围内时，对提高光通量和均匀性，改善硅胶基体的力学性能更有利。

根据本发明，上述光扩散层形成于支架内壁，优选情况下，所述光扩散层的厚度为0.05-0.5mm，更优选为0.1-0.2mm。

在本发明中，所述过渡硅胶层可采用现有技术中的过渡硅胶层，优选情况下，过渡硅胶层的透光率不小于90%，优选为92-99%，邵氏硬度为D35-80，优选为D35-70，折射率为1.45-1.6，优选为1.5-1.58。对于本发明，当过渡硅胶层的透光率、邵氏硬度以及折射率在上述范围内时，尤其是其折射率在上述范围内时，可进一步提高LED组件的发光效率和光通量。

同时，对于上述荧光粉层，其厚度可在较大范围内变动，优选情况下，所述荧光粉层厚度为0.5-1mm，更优选为0.6-0.7mm。

该荧光粉层如本领域技术人员所公知的，通常包括荧光粉和硅胶。均匀分散于硅胶中的荧光粉通过吸收芯片发出的光，产生荧光效应，改变出光的颜色，从而实现LED光源的颜色多样性。本发明公开的LED组件中，该荧光粉可采用现有技术中公知的荧光粉，在此没有特殊的要求。例如可采用弘大贸易公司提供的型号为00902的荧光粉。

根据本发明，在所述荧光粉层中，荧光粉的含量可在较大范围内变动，优选情况下，所述荧光粉含量为1-30wt%，进一步优选为5-15wt%。

同时，本发明还公开了上述LED组件的制备方法，包括：

a、在支架内壁涂覆光扩散浆液，并固化，形成光扩散层；其中，光扩散浆液中含有液态硅胶和光扩散粒子；

b、将芯片固晶于支架内，并引线，形成电极；

c、在芯片上涂覆液态硅胶，并硫化，形成过渡硅胶层；

d、在过渡硅胶层上涂覆荧光粉胶，并热处理。

首先，可先根据实际需要制备光扩散浆液。光扩散浆液中含有硅胶和光扩散粒子。优选情况下，如前所述，所述光扩散浆液中，光扩散粒子选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种；所述光扩散层中，光扩散粒子的含量为0.1-5wt%。所述光扩散粒子的平均粒径为0.5-10um，折射率为1.5-3.0；所述液态硅胶的透光率为90%-99.9%。

具体制备光扩散浆液时，将光扩散粒子与液态硅胶混合均匀即可。在本发明中，硅胶料在固化后，其透光率基本上不会产生变化，可认为液态硅胶的透光率即为最后光扩散层中硅胶的透光率。

根据本发明，上述形成的光扩散层的厚度没有太大限制，优选情况下，形成的光扩散层的厚度为0.05-0.5mm，优选为0.1-0.2mm。

所述在支架内壁涂覆光扩散浆液的方法可以为现有技术中的各种方法，例如既可以是表面喷涂，也可以是表面浸涂等方法。

所述步骤a中，固化的方法为在100-170℃下固化0.5-5h，优选为在120-150℃下固化1-3h。固化后即可得到本发明公开的含有硅胶和光扩散粒子的光扩散层。

接下来即可在内部具有光扩散层的支架内固晶。具体的，采用本领域公知的支架，例如贴片式支架。将芯片固晶于该支架内，并引线，制备电极。上述固晶、引线制备电极的方法均为本领域公知的方法。

完成上述操作后，即可在芯片上涂覆过渡层液态硅胶。其中，所采用的过渡层液态硅胶的透光率不小于90%，优选为92-99%，邵氏硬度为D35-80，优选为D35-70，折射率为1.45-1.6，优选为1.5-1.58。符合上述条件的过渡层液态硅胶可通过商购得到，例如信越有机硅贸易公司生产的SCR1018。本发明中，过渡层液态硅胶需要进行硫化得到上述过渡硅胶层，其透光率、邵氏硬度和折射率可能会存在变化，但是，该变化较小，在本发明中，可以忽略不计，即以过渡层液态硅胶的透光率、邵氏硬度和折射率作为后续硫化得到的过渡硅胶层的透光率、邵氏硬度和折射率。

上述涂覆过渡层液态硅胶的方法也是本领域技术人员所公知的，例如可采用喷涂或点胶的方法完成。涂覆的过渡层液态硅胶的量使过渡层液态硅胶完全覆盖芯片即可，优选情况下，涂覆的过渡层液态硅胶的量使过渡层液态硅胶的厚度大于芯片厚度，并且小于支架深度的1/3即可。

涂覆完成后，即可对过渡层液态硅胶进行硫化，得到固定的形状，即为过渡硅胶层。其中，该硫化的方法也是本领域技术人员所公知的，例如，在80-100℃下硫化15-60min即可，优选情况下，在80-90℃下硫化30-45min。

形成过渡硅胶层后，即可在其表面形成荧光粉层。具体的方法没有特殊要求，可以采用现有技术中的方法进行制备，例如，在过渡硅胶层上涂覆荧光粉胶，并固化即可。

上述荧光粉胶中含有荧光粉和荧光粉层液态硅胶，其中，所述荧光粉含量为1-30wt%，进一步优选为5-15wt%。采用的荧光粉没有特殊要求，可根据实际发光的需要商购各种荧光粉，例如可采用弘大贸易公司提供的型号为00902的荧光粉。荧光粉层液态硅胶同样可通过商购得到，例如信越有机硅贸易公司生产的SCR1018。按照前述比例将荧光粉与荧光粉层液态硅胶混合即可得到荧光粉胶。将该荧光粉胶涂覆于过渡硅胶层表面上，并热处理即可。具体的，上述热处理的方法为：在100-170℃下热处理0.5-5h，更优选为150-170℃下热处理1-3h。

通过上述处理即可得到本发明公开的LED组件。其中荧光粉不易老化，使用寿命长，重要的是，其发光效率和光通量得到了极大提高。

下面通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法。

将二氧化硅颗粒（平均粒径为0.5um、折射率为1.5）与液态硅胶（信越有机硅贸易公司，透光率为92%）混合均匀，并真空除泡，得到光扩散浆液，其中，二氧化硅颗粒含量为3wt%。

取型号为3528的贴片式支架，将上述光扩散浆液喷涂与支架内壁。然后在120℃下固化2h，得到0.1mm厚的光扩散层，其中，硅胶邵氏硬度为D35。

将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极。

将过渡层液体硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司，透光率为92%，邵氏硬度为D74，折射率为1.54）通过点胶的方法涂覆于芯片上，覆盖芯片，并使涂覆的过渡层液态硅胶的厚度大于芯片厚度，并且小于支架深度的1/3。然后在80℃下对过渡层液态硅胶硫化60min。形成过渡硅胶层。

然后，将荧光粉（00902；弘大贸易公司）与荧光粉层液态硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司）混合，并真空除泡，得到荧光粉胶，使荧光粉胶中的荧光粉含量为5wt%。

将上述荧光粉胶涂覆于过渡硅胶层上，形成厚度为0.5mm的荧光粉胶层，然后在120℃下热处理4h。

得到LED组件S1。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法。

将二氧化钛颗粒（平均粒径为9um、折射率为2.6）与液态硅胶（信越有机硅贸易公司，透光率为92%）混合均匀，并真空除泡，得到光扩散浆液，其中，二氧化钛颗粒含量为1wt%。

取型号为3528的贴片式支架，将上述光扩散浆液喷涂与支架内壁。然后在170℃下固化0.5h，得到0.15mm厚的光扩散层，其中，硅胶邵氏硬度为D80。

将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极。

将过渡层液体硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司，透光率为92%，邵氏硬度为D74，折射率为1.54）通过点胶的方法涂覆于芯片上，覆盖芯片，并使涂覆的过渡层液态硅胶的厚度大于芯片厚度，并且小于支架深度的1/3。然后在100℃下对过渡层液态硅胶硫化20min。形成过渡硅胶层。

然后，将荧光粉（00902；弘大贸易公司）与荧光粉层液态硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司）混合，并真空除泡，得到荧光粉胶，使荧光粉胶中的荧光粉含量为5wt%。

将上述荧光粉胶涂覆于过渡硅胶层上，形成厚度为0.8mm的荧光粉胶层，然后在170℃下热处理1h。

得到LED组件S2。

实施例3

本实施例用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法。

将氧化铝颗粒（平均粒径为2um、折射率为2.2）与液态硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司，透光率为92%）混合均匀，并真空除泡，得到光扩散浆液，其中，氧化铝颗粒含量为4wt%。

取型号为3528的贴片式支架，将上述光扩散浆液喷涂与支架内壁。然后在150℃下固化1h，得到0.1mm厚的光扩散层，其中，硅胶邵氏硬度为D74。

将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极。

将过渡层液体硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司，透光率为92%，邵氏硬度为D74，折射率为1.54）通过点胶的方法涂覆于芯片上，覆盖芯片，并使涂覆的过渡层液态硅胶的厚度大于芯片厚度，并且小于支架深度的1/3。然后在90℃下对过渡层液态硅胶硫化30min。形成过渡硅胶层。

然后，将荧光粉（00902；弘大贸易公司）与荧光粉层液态硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司）混合，并真空除泡，得到荧光粉胶，使荧光粉胶中的荧光粉含量为5wt%。

将上述荧光粉胶涂覆于过渡硅胶层上，形成厚度为0.7mm的荧光粉胶层，然后在150℃下热处理2h。

得到LED组件S3。

实施例4

本实施例用于说明本发明公开的LED组件及其制备方法。

将二氧化钛颗粒（平均粒径为1um、折射率为2.6）与液态硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司，透光率为92%）混合均匀，并真空除泡，得到光扩散浆液，其中，二氧化钛颗粒含量为0.5wt%。

取型号为3528的贴片式支架，将上述光扩散浆液喷涂与支架内壁。然后在150℃下固化1.5h，得到0.1mm厚的光扩散层，其中，硅胶邵氏硬度为D74。

将LED芯片（晶圆）固晶于支架内，并引线，形成电极。

将过渡层液体硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司，透光率为92%，邵氏硬度为D74，折射率为1.54）通过点胶的方法涂覆于芯片上，覆盖芯片，并使涂覆的过渡层液态硅胶的厚度大于芯片厚度，并且小于支架深度的1/3。然后在80℃下对过渡层液态硅胶硫化50min。形成过渡硅胶层。

然后，将荧光粉（00902；弘大贸易公司）与荧光粉层液态硅胶（SCR1018，信越有机硅贸易公司）混合，并真空除泡，得到荧光粉胶，使荧光粉胶中的荧光粉含量为5wt%。

将上述荧光粉胶涂覆于过渡硅胶层上，形成厚度为0.7mm的荧光粉胶层，然后在170℃下热处理1h。

得到LED组件S4。

对比例1

本对比例用于说明现有技术中的LED组件及其制备方法。

LED组件的制备方法与实施例4相同，不同的是，未在支架内壁形成光扩散层。

得到LED组件D1。

性能测试

对以上制备得到的LED组件S1-S4、D1进行如下性能测试：

1、使用寿命

    采用恒定LED的点亮时间，但是逐渐提升LED的电压或者是电流，分别测试出不同电气条件下的光强，然后将数据输入测试软件中计算得出LED的寿命；

2、光通量

    采用SJ/T 11394-2009半导体发光二极管测试方法中的5.3.3测试方法进行测试。

得到的测试结果表1：

样品	S1	S2	S3	S4	D1
						使用寿命	20000H	20000H	20000H	20000H	15000H
光通量（lm）	4.75	4.64	4.60	4.72	4.30

    从以上测试结果可以看出，相比于现有技术中的LED组件，本发明公开的LED组件延长了使用寿命，并且其光通量得到了极大的提高。

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

Claims (9)

1.一种LED组件，包括支架和位于支架内部的芯片，从所述芯片延伸出电极；所述芯片上覆盖有过渡硅胶层，所述过渡硅胶层上覆盖有荧光粉层；其中，所述支架内壁上具有光扩散层，所述光扩散层中含有硅胶和光扩散粒子，所述光扩散层的厚度为0.05-0.5mm，所述光扩散粒子的折射率为1.5-3.0，所述硅胶的透光率为90％-99.9％，邵氏硬度为D35-80。

2.根据权利要求1所述的LED组件，其特征在于，所述光扩散粒子的平均粒径为0.5-10um。

3.根据权利要求1或2所述的LED组件，其特征在于，所述光扩散粒子选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种；所述光扩散层中，光扩散粒子的含量为0.1-5wt％。

4.根据权利要求1所述的LED组件，其特征在于，所述荧光粉层中含有荧光粉和荧光粉层硅胶，其中，所述荧光粉含量为1-30wt％。

5.如权利要求1所述的LED组件的制备方法，包括：

a、在支架内壁涂覆光扩散浆液，并固化，形成光扩散层；其中，光扩散浆液中含有液态硅胶和光扩散粒子；

b、将芯片固晶于支架内，并引线，形成电极；

c、在芯片上涂覆液态硅胶，并硫化，形成过渡硅胶层；

d、在过渡硅胶层上涂覆荧光粉胶，并热处理，

其中，

所述光扩散粒子的平均粒径为0.5-10um，折射率为1.5-3.0；所述液态硅胶的透光率为90％-99.9％，

形成的光扩散层的厚度为0.05-0.5mm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述光扩散浆液中，光扩散粒子选自氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种；所述光扩散层中，光扩散粒子的含量为0.1-5wt％。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，固化的方法：在100-170℃下固化0.5-5h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，硫化的方法为：在80-100℃下硫化15-60min；所述步骤d中，热处理的方法为：在100-170℃下热处理0.5-5h。

9.根据权利要求5或8所述的制备方法，其特征在于，所述荧光粉胶中含有荧光粉和荧光粉层液态硅胶，其中，所述荧光粉含量为1-30wt％。