CN112038463A - 一种紫外led器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外LED器件及其制备方法，其中：所述紫外LED器件包括LED支架、设置在LED支架上的LED芯片和包覆LED芯片在所述LED支架上的封装层，其中：所述LED支架包括支架本体和设置在支架本体外周的腔体，所述封装层基于所述腔体包覆所述LED芯片在所述支架本体上；所述封装层包括保护层和反射层。通过实施本发明实施例，通过纳米颗粒混合在胶体中成型封装层，可以保障在紫外光出光过程中不会被吸收，并同时基于纳米颗粒的散射作用和反射作用提升了紫外光出光的效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及到一种紫外LED器件及其制备方法。
背景技术
紫外光广泛应用于固化、光触媒，美甲、诱蚊等领域，紫外LED器件存在能耗低，寿命长等有点，目前正逐步替代传统的汞灯。但随着紫外LED波长的降低，其发光效率会越来越低，而且降低的光效说明了更多的输入转换成热能，对其实际应用造成重要的影响。而目前提升紫外LED光效目前最核心的方法外延或者芯片上进行设计，但针对外延或者芯片上进行设计的技术难度大，暂时比较难解决。而光效低是因紫外光在内部的吸收从而导致紫外LED器件内部的热量增加，目前只能在现有应用基础上增加散热或者在LED支架表面设置反射层来解决，这种方式会提升紫外LED器件的成本。
发明内容
为了克服现有紫外LED器件所存在散热性能不高和成本高等缺陷，本发明实施例提供了一种紫外LED器件及其制备方法，通过纳米颗粒混合在胶体中成型封装层，可以保障在紫外光出光过程中不会被吸收，并同时基于纳米颗粒的散射作用和反射作用提升了紫外光出光的效率。
相应的，本发明提供了一种紫外LED器件，所述紫外LED器件包括LED支架、设置在LED支架上的LED芯片和包覆LED芯片在所述LED支架上的封装层，其中：所述LED支架包括支架本体和设置在支架本体外周的腔体，所述封装层基于所述腔体包覆所述LED芯片在所述支架本体上；所述封装层包括保护层和反射层，所述保护层由封装胶水和纳米颗粒混合成型，所述反射层由封装胶水和纳米颗粒混合成型，所述反射层位于所述LED支架且位于所述LED芯片周围，所述保护层位于所述反射层上且覆盖在所述LED芯片上；所述反射层中纳米颗粒的质量比大于所述保护层中纳米颗粒的质量比，所述纳米颗粒的禁带宽度大于5.0eV。
所述纳米颗粒为氮化硼、或者为氮化铝、或者为氧化锆。
所述保护层中的纳米颗粒占保护层总质量比为0％至1％之间；所述反射层中的纳米颗粒占反射层总质量比为90％至99％之间。
所述反射层和所述保护层之间还包括由混有纳米颗粒的混合胶水所沉淀成型的过渡层，所述纳米颗粒从所述反射层底部至所述过渡层表面在所述混合胶水中的浓度逐步降低。
所述反射层和所述过渡层在所述支架本体上的高度不高于所述LED芯片固定在所述支架本体后的LED芯片高度。
所述纳米颗粒的颗粒大小在100nm-10μm之间。
所述紫外LED器件还包括一石英玻璃，所述石英玻璃基于所述腔体封闭所述封装层。
相应的，本发明还提供了一种紫外LED器件的制备方法，所述制备方法包括：
基于混有纳米颗粒的第一封装胶水在LED芯片表面固化成型为第一保护层，所述第一保护层覆盖在所述LED芯片上，所述纳米颗粒占所述第一封装胶水总质量比为0％至1％之间，带有腔体的LED支架的支架本体上设置有LED芯片；
将混有纳米颗粒的第二封装胶水加入在腔体内，所述纳米颗粒占所述第二封装胶水总质量比为1％至20％之间，基于沉淀方法在支架本体表面形成反射层；
在所述反射层沉淀成型之后，将混有纳米颗粒的第三封装胶水填充整个腔体，所述纳米颗粒占所述第三封装胶水总质量比为0％至1％之间，基于所述第三封装胶水在所述腔体内成型第二保护层；
将填充完所述第二保护层后的器件固化成型形成紫外LED器件；
所述纳米颗粒的禁带宽度大于5.0eV。
所述第二封装胶水在所述腔体内的高度不高于所述LED芯片固定在所述支架本体后的LED芯片高度。
所述沉淀方法包括离心沉淀方法或者自然沉淀方法。
所述纳米颗粒的颗粒大小在100nm-10μm之间。
所述纳米颗粒由氮化硼、氮化铝、或氧化锆。
所述方法还包括：
在紫外LED器件固化成型之后，在紫外LED器件上设置石英玻璃。
本发明实施例所提供的紫外LED器件，采用禁带宽度高的纳米颗粒与胶水成型封装层，在紫外LED器件工作时，这些纳米颗粒对紫外光无吸收，其具有很好的反射效果，在紫外LED器件底部所形成一个很好的反射层，可以减少支架本体表面对紫外光的吸收。在采用高折射率纳米颗粒掺杂于胶水中成型封装层时，纳米颗粒可提高封装层的折射率，减小封装层与芯片间折射率差，使芯片表面逃逸锥角增大，使得更多的紫外光逃逸出去；由于纳米颗粒与封装层的折射率差异，紫外光会在纳米颗粒表面发生散射，从而使光线转变传播方向，更多光线将出射到空气中，以改善出光效率，这种混合下的纳米颗粒具有较高的导热性能，掺杂在胶体内可以提高胶体的导热率。
本发明实施例所提供的紫外LED器件的制备方法，通过将纳米颗粒混合在胶水成型紫外LED器件，其所制作工艺简单，相对于现有中的喷涂、电弧镀等方式在基板上成型反射层，减少了工艺复杂度，整个反射层成型工艺只需要将物质混合成型并随着器件固化就可以完成，不需要借助于复杂的工艺设备和工艺环境要求就可以实现，对工艺控制应用条件要求不高，可以减少辅助设备投入。
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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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示出了本发明实施例的紫外LED器件的第一实施例结构示意图；
图2示出了本发明实施例的紫外LED器件的制备方法的第一实施例流程图；
图3示出了本发明实施例的未成型第一保护层的紫外LED器件结构示意图；
图4示出了本发明实施例的成型有第一保护层的紫外LED器件结构示意图；
图5示出了本发明实施例的添加第二封装胶水后的紫外LED器件结构示意图；
图6示出了本发明实施例的实现沉淀具有反射层的紫外LED器件结构示意图；
图7示出了本发明实施例的添加第三封装胶水后的紫外LED器件结构示意图。
具体实施方式
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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1示出了本发明实施例中的紫外LED器件的第一实施例结构示意图，该紫外LED器件包括LED支架(102)、LED芯片(104)和包覆LED芯片在该LED支架上的封装层，其中：该LED支架包括支架本体(105)和设置在支架本体外周的腔体(101)，该腔体(101)和支架本体(105)形成可放置LED芯片(104)和封装层的容纳空间，该封装层可以基于腔体(101)包覆LED芯片(104)在LED支架本体(105)上。
具体的，该封装层包括保护层(106)和反射层(103)，该保护层(106)由封装胶水和纳米颗粒混合成型，该反射层(103)由封装胶水和纳米颗粒混合成型，该反射层(103)位于支架本体(105)的表面且位于LED芯片(104)的周围，该保护层(106)位于反射层(103)上且覆盖在LED芯片(104)上；该反射层(103)中纳米颗粒的质量比大于保护层(106)中纳米颗粒的质量比，该纳米颗粒的禁带宽度大于5.0eV。
这里的纳米颗粒为氮化硼、或者氮化铝，或者氧化锆，比如纳米颗粒可以选择氮化硼，将基于氮化硼成型的纳米颗粒与封装胶水混合成型，混合胶水作用在LED支架所具有的腔体中，再固化成型本发明实施例中的紫外LED器件。这些禁带宽度高的纳米颗粒不会吸收紫外光，位于底部的反射层(103)可以具有很好的反射功能，减少支架本体(105)底部对紫外光的吸收；保护层(106)中采用纳米颗粒可以实现散射作用，增加光提取效果。在采用高折射率纳米颗粒掺杂于胶水中成型封装层时，纳米颗粒可提高封装层的折射率，减小封装层与芯片间折射率差，使芯片表面逃逸锥角增大，使得更多的紫外光逃逸出去；由于纳米颗粒与封装层的折射率差异，紫外光会在纳米颗粒表面发生散射，从而使光线转变传播方向，更多光线将出射到空气中，以改善出光效率，这种混合下的纳米颗粒具有较高的导热性能，掺杂在胶体内可以提高胶体的导热率。在保护层中采用纳米颗粒相对于不加纳米颗粒成型情况下，可以提升出光率，其散热效果也有提高，这是因为现有技术中的保护层对紫外光有吸收作用，会使得出光率降低，也使得内部热量产生和集聚不容易传导出去。
具体实施过程中，该保护层(106)中的纳米颗粒占保护层总质量比为0％至1％之间，在配比混合胶水时，可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的0.1％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的0.2％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的0.5％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的1％来成型；该反射层(103)中的纳米颗粒占反射层总质量比为90％至99％之间，这里反射层(103)在封装胶水和纳米颗粒混合之后基于离心沉淀或者自然沉淀成型。
具体实施过程中，基于沉淀成型的紫外LED器件具有过渡层(1063)，该过渡层(1063)可视为保护层(106)的一部分，与保护层功能和作用相同，该离心沉淀成型前的纳米颗粒所占混合胶水总质量比1％至20％，在配比混合胶水时，可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的1％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的2％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的5％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的10％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的15％来成型，也可以配置纳米颗粒只占混合胶水总质量的20％来成型。基于沉淀成型的反射层(103)和过渡层(1063)其内部所具有纳米颗粒从反射层(103)底部至过渡层(1063)表面在混合胶水中的浓度逐步降低，即反射层(103)底部的浓度可以达到占混合胶水总质量的99％，在反射层(103)中部的浓度可以达到占混合胶水总质量的95％，在反射层(103)表面的浓度可以达到占混合胶水总质量的90％，在过渡层(1063)底部的浓度可以达到占混合胶水总质量的10％，在过渡层(1063)中部的浓度可以达到占混合胶水总质量的0.8％，在过渡层(1063)表面的浓度可以达到占混合胶水总质量的0.05％等等。这里反射层(103)和过渡层(1063)在支架本体上的高度不高于LED芯片(104)固定在所述支架本体后的LED芯片高度，即在沉淀前的混合胶水高度最好不要高过LED芯片(104)表面，避免纳米颗粒在LED芯片(104)表面上沉淀成型，引起光线干扰。
具体实施过程中，纳米颗粒的颗粒大小控制在100nm-10μm之间，底部所成型的反射层(103)中的纳米颗粒需要排列致密一点，这种会对紫外光的反光效果更好，纳米颗粒太小会导致颗粒太轻容易漂浮在混合胶体中而沉淀不到底部，从而影响反光，纳米颗粒太大的话，颗粒与颗粒之间会不够致密或存在间缝，会影响底部的反光。
具体实施过程中，该紫外LED器件还包括一石英玻璃(107)，该石英玻璃(107)基于腔体(101)封闭封装层，石英玻璃(107)可实现对整个紫外LED器件上的封装层和LED芯片的保护，起到防尘防护等功能。
具体实施过程中，通过对保护层(106)中相同大小纳米颗粒所占不同质量比与出光的关系实验，得到如表一的比对关系结果：
表一
从整个实验数据可以看出，在纳米颗粒质量占比0到1％之间，其可以提高出光率，比较好的出光率可以选择纳米颗粒质量占比0.4％左右的混合胶体。
具体实施过程中，对所涉及的纳米颗粒的颗粒大小与出光的关系实验，得到如表二的比对关系结果：
表二
从整个实验数据可以看出，纳米颗粒的颗粒大小在100nm-10μm内基本提升出光差别不大，其出光百分率在115％左右浮动，超过10μm的纳米颗粒其出光百分率呈下降趋势，颗粒越大，对于反射层来说，间隙越大，反射越少。对于填充的混合胶来说，颗粒越大，挡光效果越明显。
实施例二
图2示出了本发明实施例中的紫外LED器件的制备方法的第一实施例流程图，具体步骤如下：
S201、基于混有纳米颗粒的第一封装胶水在LED芯片表面固化成型为第一保护层，所述第一保护层覆盖在所述LED芯片上，所述纳米颗粒占所述第一封装胶水总质量比为0％至1％之间，带有腔体的LED支架的支架本体上设置有LED芯片；
图3至图4示出了在设置有LED芯片的LED支架上固化成型第一保护层的紫外LED器件结构状态演进图，首先在带腔体(101)的LED支架(102)的支架本体(105)表面设置LED芯片(104)，并在LED芯片(104)表面采用高粘度胶来成型第一保护层(1061)。而高粘度胶里面掺杂有氮化硼(也可以氮化铝或氧化锆)的纳米颗粒，该纳米颗粒占总质量百分比在0％至1％之间，在对设置的第一保护层(1061)进行固化。
S202、将混有纳米颗粒的第二封装胶水加入在腔体内，所述纳米颗粒占所述第二封装胶水总质量比为1％至20％之间，基于沉淀方法在支架本体表面形成反射层；
图5和图6示出了固化成型后的LED器件添加第二封装胶水到沉淀成型具有反射结构的紫外LED器件的结构状态演进图；在具有第一保护层(1061)的LED器件的腔体(101)内，继续加入混有氮化硼(也可以氮化铝或氧化锆)纳米颗粒的第二封装胶水，由第二封装胶水形成离心前的第二胶水层(1062)，该第二封装胶水中的纳米颗粒占总质量百分比在1％-20％之间，该第二胶水层(1062)的高度不能高于LED芯片(104)和第一保护层(1061)的高度之和，然后对LED器件中的第二胶水层(1062)进行沉淀，比如自然沉淀或者离心沉淀，让纳米颗粒能完全沉淀在支架底部或者完全能覆盖在支架底部，形成氮化硼(也可以氮化铝或氧化锆)纳米颗粒布满除了LED芯片外的整个底部，即成型成反射层(103)和过渡层(1063)，该反射层(103)中的纳米颗粒占反射层总质量比为90％至99％之间。
优选的，该第二胶水层(1062)在腔体内的高度不高于LED芯片(104)固定在所述支架本体后的LED芯片高度，该设置的好处是避免沉淀时，将纳米颗粒沉淀到第一保护层(1061)的表面，从而影响出光效率。
S203、在所述反射层沉淀成型之后，将混有纳米颗粒的第三封装胶水填充整个腔体，所述纳米颗粒占所述第三封装胶水总质量比为0％至1％之间，基于所述第三封装胶水在所述腔体内成型第二保护层；
图7示出了本发明实施例的添加第三封装胶水后的紫外LED器件结构示意图，这里可以在腔体(101)内再重新加入纳米颗粒与胶水质量比在0％至1％之间的第三封装胶水，通过第三封装胶水在来填满整个腔体(101)成型为第二保护层(1064)。
S204、将填充完所述第二保护层后的器件固化成型形成紫外LED器件；
基于图7所示结构状态，在对整个器件固化成型之后，紫外LED器件的保护层包括基于第一封装胶水固化成型的第一保护层(1061)、基于第二封装胶水固化成型的过渡层(1063)、基于第三封装胶水固化成型的第二保护层(1064)等，第一保护层(1061)在第二封装胶水加入之前完成，基于第二封装胶水固化成型的过渡层(1063)和基于第三封装胶水固化成型的第二保护层(1064)可以是在第三封装胶水加入之后固化成型。在过渡层(1063)和第二保护层(1064)固化成型过程中，这里也可以先将第二封装胶水成型的过渡层(1063)先固化成型，等加入第三封装胶水成型第二保护层(1064)之后来固化成型第二保护层(1064)。
进一步，S205、在紫外LED器件固化成型之后，在紫外LED器件上还设置石英玻璃。
该步骤完成之后，即可制作出如图1所示结构的紫外LED器件。
需要说明的是，以上所涉及的纳米颗粒的禁带宽度大于5.0eV，纳米颗粒的颗粒大小在100nm-10μm之间，纳米颗粒为氮化硼、或者氮化铝、或者氧化锆。
由上可以看出，本发明实施例所提供的紫外LED器件的制备方法，可以通过三次混合胶水配比，控制不同时间节点的胶水灌注和对处理后的混合胶水进行固化就可以完成紫外LED器件的制备过程，通过将纳米颗粒混合在胶水成型紫外LED器件，其所制作工艺简单，相对于现有中的喷涂、电弧镀等方式在基板上成型反射层，减少了工艺复杂度，整个反射层成型工艺只需要将物质混合成型并随着器件固化就可以完成，不需要借助于复杂的工艺设备和工艺环境要求就可以实现，对工艺控制应用条件要求不高，可以减少辅助设备投入。
以上对本发明实施例所提供的紫外LED器件及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (13)
1.一种紫外LED器件，其特征在于，所述紫外LED器件包括LED支架、设置在LED支架上的LED芯片和包覆LED芯片在所述LED支架上的封装层，其中：所述LED支架包括支架本体和设置在支架本体外周的腔体，所述封装层基于所述腔体包覆所述LED芯片在所述支架本体上；所述封装层包括保护层和反射层，所述保护层由封装胶水和纳米颗粒混合成型，所述反射层由封装胶水和纳米颗粒混合成型，所述反射层位于所述LED支架且位于所述LED芯片周围，所述保护层位于所述反射层上且覆盖在所述LED芯片上；所述反射层中纳米颗粒的质量比大于所述保护层中纳米颗粒的质量比，所述纳米颗粒的禁带宽度大于5.0eV。
2.如权利要求1所述的紫外LED器件，其特征在于，所述纳米颗粒为氮化硼、或者为氮化铝、或者为氧化锆。
3.如权利要求1所述的紫外LED器件，其特征在于，所述保护层中的纳米颗粒占保护层总质量比为0％至1％之间；所述反射层中的纳米颗粒占反射层总质量比为90％至99％之间。
4.如权利要求3所述的紫外LED器件，其特征在于，所述反射层和所述保护层之间还包括由混有纳米颗粒的混合胶水所沉淀成型的过渡层，所述纳米颗粒从所述反射层底部至所述过渡层表面在所述混合胶水中的浓度逐步降低。
5.如权利要求4所述的紫外LED器件，其特征在于，所述反射层和所述过渡层在所述支架本体上的高度不高于所述LED芯片固定在所述支架本体后的LED芯片高度。
6.如权利要求1所述的紫外LED器件，其特征在于，所述纳米颗粒的颗粒大小在100nm-10μm之间。
7.如权利要求1至6任一项所述的紫外LED器件，其特征在于，所述紫外LED器件还包括一石英玻璃，所述石英玻璃基于所述腔体封闭所述封装层。
8.一种紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
基于混有纳米颗粒的第一封装胶水在LED芯片表面固化成型为第一保护层，所述第一保护层覆盖在所述LED芯片上，所述纳米颗粒占所述第一封装胶水总质量比为0％至1％之间，带有腔体的LED支架的支架本体上设置有LED芯片；
将混有纳米颗粒的第二封装胶水加入在腔体内，所述纳米颗粒占所述第二封装胶水总质量比为1％至20％之间，基于沉淀方法在支架本体表面形成反射层；
在所述反射层沉淀成型之后，将混有纳米颗粒的第三封装胶水填充整个腔体，所述纳米颗粒占所述第三封装胶水总质量比为0％至1％之间，基于所述第三封装胶水在所述腔体内成型第二保护层；
将填充完所述第二保护层后的器件固化成型形成紫外LED器件；
所述纳米颗粒的禁带宽度大于5.0eV。
9.如权利要求8所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述第二封装胶水在所述腔体内的高度不高于所述LED芯片固定在所述支架本体后的LED芯片高度。
10.如权利要求8所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述沉淀方法包括离心沉淀方法或者自然沉淀方法。
11.如权利要求8所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒的颗粒大小在100nm-10μm之间。
12.如权利要求8所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒为氮化硼、氮化铝或、氧化锆。
13.如权利要求8至12任一项所述的紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
在紫外LED器件固化成型之后，在紫外LED器件上设置石英玻璃。
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