CN111029335B - 深紫外发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深紫外发光装置，涉及LED技术领域，该深紫外发光装置包括基板、光学透镜、密封垫圈、透光盖以及至少一个深紫外LED芯片，其中，深紫外LED芯片焊接在基板的第一表面上，密封垫圈设置在第一表面上并围绕在深紫外LED芯片的***；光学透镜抵接在密封垫圈背离基板的一侧；透光盖设置在光学透镜上方并与光学透镜抵接，透光盖与基板连接，透光盖上设置有透光部，透光部对准光学透镜。本发明提供的深紫外发光装置结构简单，封装严密，且深紫外LED芯片发出的紫外光仅需穿过光学透镜，因此紫外光取出效率高，解决了深紫外LED发光装置结构复杂、紫外光取出效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种深紫外发光装置。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，以下简称LED)包括紫外LED，紫外LED一般指发光中心波长在400nm以下的LED，发光波长大于380nm时称为近紫外LED，短于300nm时称为深紫外LED，深紫外发光LED在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景。相较于传统的紫外光源汞灯，深紫外发光二极管具有环保、小巧便携、低功耗等诸多优点，受到越来越多的关注和重视。
传统的深紫外发光装置中，深紫外LED芯片通常封装在壳体内形成封装元件，多个封装元件二次焊接在基板上。二次焊接封装元件时，容易影响封装元件中深紫外LED芯片的性能，或导致封装元件开裂，可靠性差，而且多次封装会影响紫外光线的释出，导致紫外光取出效率低。
发明内容
本发明实施例提供一种深紫外发光装置，用以解决深紫外LED发光装置结构复杂、紫外光取出效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明实施例提供一种深紫外发光装置，包括基板、光学透镜、密封垫圈、透光盖以及至少一个深紫外LED芯片，其中，所述深紫外LED芯片焊接在所述基板的第一表面上，所述密封垫圈设置在所述第一表面上并围绕在所述深紫外LED芯片的***；所述光学透镜抵接在所述密封垫圈背离所述基板的一侧；所述透光盖设置在所述光学透镜上方并与所述光学透镜抵接，所述透光盖与所述基板连接，所述透光盖上设置有透光部，所述透光部对准所述光学透镜；所述透光盖远离所述基板的一端沿径向朝所述基板中心方向延伸有挡边，所述挡边围成的区域为所述透光部。
与现有技术相比，本发明实施例提供的深紫外发光装置具有如下优点：
本发明实施例提供的深紫外发光装置深紫外发光装置包括基板、光学透镜、密封垫圈、透光盖以及至少一个深紫外LED芯片，深紫外LED芯片焊接在基板上，密封垫圈、光学透镜以及透光盖依次扣合在基板上，形成容纳深紫外LED芯片的空间，整体结构简单，封装严密，且深紫外LED芯片发出的紫外光仅需穿过光学透镜，因此紫外光取出效率高，解决了深紫外LED发光装置结构复杂、紫外光取出效率低的问题。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述基板为陶瓷基板或金属基板。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述透光盖的边缘设置有多个第一连接孔，所述基板的边缘对应设置有多个第二连接孔，所述透光盖与所述基板通过穿过所述第一连接孔和第二连接孔的螺栓连接。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述基板的第一表面设置有用于与所述密封垫圈配合的卡接槽。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述基板的第一表面设置有容纳槽，所述深紫外LED芯片焊接在所述容纳槽内。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述容纳槽的内壁上设置有反射涂层。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述深紫外LED芯片的数量为多个，所述基板的第一表面设置有多个围坝，每个所述深紫外LED芯片焊接在一个所述围坝内。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述围坝的内壁上设置有反射涂层。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述基板的第一表面沿周向设置有凸台，所述凸台上设置有用于与所述密封垫圈配合的卡接槽。
作为本发明实施例深紫外发光装置的一种改进，所述透光盖扣合在所述凸台上并与所述凸台连接。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例提供的深紫外发光装置所能够解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一提供的深紫外发光装置的结构示意图一；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明实施例一提供的深紫外发光装置的结构示意图二；
图4为本发明实施例二提供的深紫外发光装置的结构示意图；
图5为本发明实施例三提供的深紫外发光装置的结构示意图。
附图标记说明：
100-基板；
110-第一连接孔；
120-卡接槽；
130-围坝；
140-凸台；
200-光学透镜；
300-密封垫圈；
400-透光盖；
410-第二连接孔；
420-透光部；
500-深紫外LED芯片；
600-金属引脚；
700-环形螺丝。
具体实施方式
由于深紫外LED的晶体生长质量较差，外量子效率低于10％，因此光辐射效率很低，而且为了获取较高的光功率，较高的输入功率会导致深紫外LED的发热问题严重。传统的深紫外发光装置中，通常使用导热系数优良的金属材料或陶瓷材料搭配光学透镜，通过胶水粘接构成壳体，将深紫外LED芯片封装在壳体内形成封装元件，多个封装元件二次焊接在基板上，基板再被设置在封闭的保护壳中。传统的深紫外发光装置存在较多缺点：一方面，由于有机胶水键能低，很容易被深紫外光破坏而发生劣化，容易开胶导致光学透镜脱落，且胶水中有机物的挥发还会造成紫外光光衰等，在解决上述问题时，相关技术通常采用低熔点合金材料替代有机胶水，或者以激光石英玻璃实现封装，但这样的方式工艺复杂，金属材料及制作工艺成本较高，激光烧熔或焊接产生的高温还会影响到深紫外LED芯片的性能，可靠性差；另一方面，传统的深紫外发光装置将深紫外LED芯片多次封装，形成了多个空气-透镜界面，由于深紫外发光装置发射出的紫外光在多个界面处会发生全反射和吸收，因此多次封装不利于紫外光的释出，导致紫外光取出效率低。
针对传统的深紫外发光装置多次封装可靠性差且紫外光取出效率低的缺陷，本发明实施例提供了一种改进的技术方案，在该技术方案中，深紫外发光装置包括基板、光学透镜、密封垫圈、透光盖以及至少一个深紫外LED芯片，深紫外LED芯片焊接在基板上，密封垫圈、光学透镜以及透光盖依次扣合在基板上，形成了容纳深紫外LED芯片的空间，本发明实施例提供的深紫外发光装置整体结构简单，封装严密，且深紫外LED芯片发出的紫外光仅需穿过光学透镜，因此紫外光取出效率高，解决了深紫外LED发光装置结构复杂、紫外光取出效率低的问题。
为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1和图2，图1为本发明实施例一提供的深紫外发光装置的结构示意图；图2为图1的俯视图。
本发明实施例一提供的深紫外发光装置包括基板100、光学透镜200、密封垫圈300、透光盖400以及至少一个深紫外LED芯片500，其中，深紫外LED芯片500焊接在基板100的第一表面上，密封垫圈300设置在第一表面上并围绕在深紫外LED芯片500的***；光学透镜200抵接在密封垫圈300背离基板100的一侧；透光盖400设置在光学透镜200上方并与光学透镜200抵接，透光盖400与基板100连接，透光盖400上设置有透光部420，透光部420对准光学透镜200。
具体地，本实施例中的基板100可以是金属基板，也可以是陶瓷基板。基板100可以是圆形基板，也可以是矩形基板。基板100上还设置有焊接层、导电层以及与导电层连接的金属引脚600，金属引脚600用于连接外部供电电路或电源；导电层通常设置为较活泼的金属材料，导电层与焊接层连接；深紫外LED芯片500焊接在上述焊接层上。
进一步地，可以自导电层引出金属引脚600，金属引脚600的正负极可以分别设置在基板100的两侧或同侧，根据设计和使用需求，金属引脚600还可以设置在基板100的第一表面、第二表面或同时设置在第一表面和第二表面。
进一步地，焊接层可以是覆盖在基板100或导电层上的一整层结构，也可以是阵列排布在基板100或导电层上的多个焊点或焊垫结构。
本实施例中深紫外LED芯片500焊接在基板100的第一表面，需要说明的是，第一表面可以是基板100的顶面或底面的任意一面，在上述实施方式的基础上，第一表面上先设置有焊接层，深紫外LED芯片500焊接在焊接层上。深紫外LED芯片500可以通过金属线键合、共晶焊接、锡膏焊接等方式焊接在基板100的焊接层上，并与焊接层电学连接。
此外，本发明实施例提供的深紫外发光装置还包括保护芯片，当深紫外LED芯片500为多个时，每个深紫外LED芯片500与一个焊垫电连接，保护芯片可以与对应的深紫外LED芯片500位于同一焊垫上，也可以设置额外的焊垫以焊接保护芯片。保护芯片与深紫外LED芯片500之间的电学关系包含但不限于串联、并联、反串联、反并联等，保护芯片与深紫外LED芯片500其数量可以相等，也可以不相等。本实施例中保护芯片用于提供必要的电学防护环境，用于防止深紫外LED芯片500在不当的使用条件或使用环境下遭受浪涌电流或产生静电击穿等情况。
当基板100为金属基板时，金属基板的表面预先设置有绝缘层；当基板100为陶瓷基板时，陶瓷基板的表面上设置有导电层和焊接层，导电层上需要覆盖绝缘层。具体地，导电层和焊接层的设置方式有多种，例如：导电层设置在陶瓷基板的第一表面上，焊接层设置在导电层背离陶瓷基板的一侧；再如，焊接层设置在陶瓷基板的第一表面上，导电层设置在陶瓷基板的第二表面上，陶瓷基板上设置有多个导电通孔以连接上述导电层与焊接层。
上述绝缘层的材料可以是绝缘油墨，还可以是绝缘氧化物等。绝缘层覆盖在金属基板或导电层上，能够实现绝缘防护，从而防止金属基板或导电层的氧化变色等问题。
本实施例中，密封垫圈300设置在基板100的第一表面上，即与深紫外LED芯片500位于基板100的同侧，密封垫圈300可以设置有一个或多个。具体地，深紫外LED芯片500设置有至少一个，密封垫圈300围绕设置在深紫外LED芯片500的***，例如，当深紫外LED芯片500设置有多个时，多个深紫外LED芯片500均位于密封垫圈300所围成的区域内。
密封垫圈300的材料可以是硅橡胶、氢化丁腈橡胶、氟硅橡胶或氯丁橡胶等。密封垫圈300的一侧与基板100接触，另一侧与光学透镜200抵接，在竖直方向上，基板100到光学透镜200之间的距离大于深紫外LED芯片500的厚度。即基板100、密封垫圈300、光学透镜200构成了相对密闭的空腔，将焊接在基板100上的深紫外LED芯片500封装于其中。
光学透镜200抵接在密封垫圈300背离基板100的一侧，本实施例中光学透镜200的投影应至少覆盖密封垫圈300所围成的区域，光学透镜200的边缘与密封垫圈300的边缘在竖直方向上平齐，或超出密封垫圈300的边缘。优选地，光学透镜200的边缘超出密封垫圈300的边缘，有利于光学透镜200放置的稳定性。
进一步地，光学透镜200的材料为在紫外光波段具有较高穿透率的材料，例如可以是光学石英玻璃材料；光学透镜200的两个表面可以为平面、球面或具有光学特征结构的其他形状面；光学透镜200的两个表面上还可以涂设有光学增强型薄膜，光学增强型薄膜的材料可以为氟化镁、氟化钙、氧化钛、氧化硅等。光学透镜200的可以设置为一个，也可以设置为包括多个子透镜，具体地，多个子透镜预制在一个透镜载体上，透镜载体抵接在密封垫圈300上，优选地，可以使每个子透镜分别对应一个深紫外LED芯片500。
透光盖400扣合在光学透镜200上方并与基板100连接，将光学透镜200、密封垫圈300以及基板100上的深紫外LED芯片500封装。如图2所示，基板100为矩形基板，密封垫圈300为方垫圈，相应地，透光盖400也设置为矩形透光盖。本实施例中透光盖400的内侧与光学透镜200抵接，从而防止光学透镜200晃动。
本实施例中透光盖400设置为筒状，具体地，透光盖400可以为方筒状，也可以为圆筒状。透光盖400上设置有透光部420，透光部420可以为镂空部，也可以为在镂空部上设置有透光玻璃。
以透光盖400设置为圆筒状、基板100设置为圆柱形基板100为例进行描述，透光盖400与基板100相连接，连接的方式有多种。
例如，如图1所示，透光盖400的筒壁具有一定厚度，透光盖400的外径近似等于基板100的直径。透光盖400的一个端面抵接在基板100的第一表面上，另一端沿径向朝内延伸设置有挡边，挡边面向基板100的内侧与光学透镜200背离基板100的一侧面抵接，挡边围成的区域为透光部420。透光盖400与基板100通过依次穿过透光盖400筒壁和基板100的螺栓或螺钉相连接。
又如，如图3所示，透光盖400的筒壁较薄，透光盖400的内径等于或略大于基板100的直径，基板100能够自透光盖400的一端开口处放入透光盖400的内部，透光盖400的另一端沿径向朝内延伸设置有挡边，挡边面向基板100的内侧与光学透镜200背离基板100的一侧面抵接，挡边围成的区域为透光部420。透光盖400的内壁设置有内螺纹，将设置有外螺纹的环形螺丝700拧入透光盖400，并抵接在基板100的底部，从而将基板100和透光盖400连接，且本实施例中环形螺丝700的中部镂空。
综上所述，本发明实施例一提供的深紫外发光装置将深紫外LED芯片500直接焊接在基板100上，并通过密封垫圈300、光学透镜200以及透光盖400的组合将基板100封装固定，本发明实施例提供的深紫外发光装置结构简单，封装严密，且便于紫外光线的释出，提高了紫外光的取出效率。
在一种可能的实现方式中，基板100为陶瓷基板或金属基板。当本实施例中基板100为陶瓷基板时，陶瓷基板的材料具体可以为低温共烧陶瓷、高温共烧陶瓷或者其他导热性较高的金属氮化物陶瓷。当本实施例中基板100为金属基板时，金属基板的材料具体可以为铝、铜或合金。
在一种可能的实现方式中，透光盖400的边缘设置有多个第一连接孔110，基板100的边缘对应设置有多个第二连接孔410，透光盖400与基板100通过穿过第一连接孔110和第二连接孔410的螺栓连接。
在一种可能的实现方式中，基板100的第一表面设置有用于与密封垫圈300配合的卡接槽120。如图1所示，第一表面上设置有卡接槽120，卡接槽120的形状和尺寸与密封垫圈300相配合，密封垫圈300卡设在上述卡接槽120内，保证了密封垫圈300的稳定性，防止密封垫圈300滑脱。
在一种可能的实现方式中，基板100的第一表面设置有容纳槽，深紫外LED芯片500焊接在容纳槽内。具体地，当深紫外LED芯片500的数量为多个时，每个深紫外LED芯片500焊接在一个容纳槽内，或者，多个深紫外LED芯片500焊接在一个容纳槽内。容纳槽的开口处以及底部的形状可以为圆形、多边形或者其他任意形状；容纳槽的侧壁可以垂直于基板100的第一表面，也可以与基板100的第一表面之前形成倾角。
进一步地，容纳槽的内壁上设置有反射涂层，以进一步提高紫外光的取出效率。本实施例中反射涂层可以为金属反射涂层，具体地，反射涂层的材料可以为铝。
实施例二
请参阅图4，图4为本发明实施例二提供的深紫外发光装置的结构示意图。
本实施例提供的深紫外发光装置包括基板100、光学透镜200、密封垫圈300、透光盖400以及至少一个深紫外LED芯片500，其中，深紫外LED芯片500焊接在基板100的第一表面上，密封垫圈300设置在第一表面上并围绕在深紫外LED芯片500的***；光学透镜200抵接在密封垫圈300背离基板100的一侧；透光盖400设置在光学透镜200上方并与光学透镜200抵接，透光盖400与基板100连接，透光盖400上设置有透光部420，透光部420对准光学透镜200。
在上述实施例的基础上，当深紫外LED芯片500的数量为多个时，基板100的第一表面还设置有多个围坝130，每个深紫外LED芯片500焊接在一个围坝130内。具体地，围坝130的数量与深紫外LED芯片500的数量相等。当深紫外LED芯片500设置有多个时，第一表面上设置有多个围坝130，每个围坝130内设置有一个深紫外LED芯片500。
围坝130的顶面开口处以及底部的形状可以为圆形、多边形或者其他任意形状；围坝130在竖直方向上的高度大于或等于位于其内部的深紫外LED芯片500的厚度；围坝130的侧壁可以垂直于基板100的第一表面，也可以与基板100的第一表面之前形成倾角。
进一步地，围坝130的内壁还可以涂设有反射涂层，以进一步提高紫外光的取出效率。
当深紫外LED芯片500的数量较多时，其分布的面积相对较大，相应的，所需要的光学透镜200面积较大，会造成光学透镜200中部悬空，光学透镜200机械强度较低，当受到挤压、敲击、震动时，可能会导致光学透镜200的破损。本实施例提供的深紫外发光装置在基板100上设置的围坝130为光学透镜200提供了更好的支撑力。此外，围坝130的设置还那个提高深紫外LED芯片500的光取出效率，且围坝130能够将多个深紫外LED芯片500相互隔离，以避免相互之间的光色干扰。
综上所述，本实施例提供的深紫外发光装置通过密封垫圈300、光学透镜200以及透光盖400的组合将基板100封装固定，结构简单；通过在基板100上设置多个围坝130，不仅为光学透镜200提供了支撑力，且进一步提高了深紫外LED芯片500的光取出效率。
实施例三
请参阅图5，图5为本发明实施例三提供的深紫外发光装置的结构示意图。
本实施例提供的深紫外发光装置包括基板100、光学透镜200、密封垫圈300、透光盖400以及至少一个深紫外LED芯片500，其中，深紫外LED芯片500焊接在基板100的第一表面上，密封垫圈300围绕在深紫外LED芯片500的***；光学透镜200抵接在密封垫圈300背离基板100的一侧；透光盖400设置在光学透镜200上方并与光学透镜200抵接，透光盖400与基板100连接，透光盖400上设置有透光部420，透光部420对准光学透镜200。
在上述实施例的基础上，基板100的第一表面沿周向设置有凸台140，凸台140上设置有用于与密封垫圈300配合的卡接槽120。凸台140的材料可以是金属材料，也可以是陶瓷材料，具体地，凸台140的材料与基板100的材料相同。
如图5所示，凸台140在竖直方向上的高度高于焊接在基板100上的深紫外LED芯片500的高度，从而为深紫外LED芯片500提供了足够的空间，防止光学透镜200与深紫外LED芯片500发生干涉和挤压。
密封垫圈300设置在凸台140的上方，密封垫圈300的底部与凸台140的顶部抵接；光学透镜200面向基板100的一侧抵接在密封垫圈300的顶部。
在一种可能的实现方式中，透光盖400扣合在凸台140上并与凸台140连接。具体地，透光盖400的一个端面与凸台140的顶面相接触，透光盖400与基板100通过螺栓或螺钉连接，螺栓或螺钉依次穿过透光盖400、凸台140以及位于凸台140下方的基板100部分。
综上所述，本实施例提供的深紫外发光装置通过密封垫圈300、光学透镜200以及透光盖400的组合将基板100封装固定，结构简单；通过在基板100上设置凸台140，为深紫外LED芯片500的焊接提供了足够的空间，避免了光学透镜200与深紫外LED芯片500产生干涉。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种深紫外发光装置，其特征在于，包括基板、光学透镜、密封垫圈、透光盖以及至少一个深紫外LED芯片，其中，
所述深紫外LED芯片焊接在所述基板的第一表面上，所述密封垫圈设置在所述第一表面上并围绕在所述深紫外LED芯片的***；
所述光学透镜抵接在所述密封垫圈背离所述基板的一侧；
所述透光盖设置在所述光学透镜上方并与所述光学透镜抵接，所述透光盖与所述基板连接，所述透光盖上设置有透光部，所述透光部对准所述光学透镜；
所述透光盖远离所述基板的一端沿径向朝所述基板中心方向延伸有挡边，所述挡边围成的区域为所述透光部；
所述基板的边缘设置有多个第一连接孔，所述透光盖的边缘对应设置有多个第二连接孔，所述基板与所述透光盖通过穿过所述第一连接孔和第二连接孔的螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述基板为陶瓷基板或金属基板。
3.根据权利要求1所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述基板的第一表面设置有用于与所述密封垫圈配合的卡接槽。
4.根据权利要求1所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述基板的第一表面设置有容纳槽，所述深紫外LED芯片焊接在所述容纳槽内。
5.根据权利要求4所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述容纳槽的内壁上设置有反射涂层。
6.根据权利要求1所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述深紫外LED芯片的数量为多个，所述基板的第一表面设置有多个围坝，每个所述深紫外LED芯片焊接在一个所述围坝内。
7.根据权利要求6所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述围坝的内壁上设置有反射涂层。
8.根据权利要求1所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述基板的第一表面沿周向设置有凸台，所述凸台上设置有用于与所述密封垫圈配合的卡接槽。
9.根据权利要求8所述的深紫外发光装置，其特征在于，所述透光盖扣合在所述凸台上并与所述凸台连接。
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