專利名稱：色溫可調的led發光器件及其制作方法
技術領域：
本發明涉及LED照明領域，具體而言，涉及一種色溫可調的LED發光器件及其制作方法。
背景技術：
單一的LED芯片往往無法得到所需的顏色(特別是照明所需的白光)，因此需要采用LED芯片配合熒光粉，通過光轉換功能達到人們需要的顏色。常用的熒光粉涂覆方法是將熒光粉配合硅樹脂或環氧樹脂涂覆到LED芯片上，然后固化 得到。這種方案得到的LED發光器件的一致性較差，而且單一 LED芯片二極管封裝后經過固化，其色溫等光學特性隨之確定。目前，LED發光器件的色溫調節主要是通過外部驅動電路控制多顆發光二極管，由于驅動電路比較復雜，可靠性較低。
發明內容
本發明旨在提供一種色溫可調的LED發光器件及其制作方法，使LED發光器件的色溫便于調節。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種色溫可調的LED發光器件，LED發光器件包括LED封裝體，LED封裝體包括透鏡和流體狀的光轉換材料，光轉換材料包括極化熒光粉和流體介質；透明電極，設置在LED封裝體的透鏡的外表面。進一步地，上述流體介質選自單組份硅樹脂、液晶材料和無機鹽溶液中的任一種，極化熒光粉與流體介質的重量比為1:3 1:10。進一步地，上述極化熒光粉的帶電量為I X 10_8 I X 10_4C。進一步地，上述透明電極為沿透鏡的外表面連續分布的電極或由相互隔離的多個透明電極塊組成。進一步地，上述透明電極塊包括與透鏡同軸的環狀透明電極塊。進一步地，上述透明電極選自氧化銦錫電極、氧化銻錫電極和氧化錫電極中的一種或多種。進一步地，上述LED封裝體還包括基板，透鏡固定在基板上并與基板形成腔體，光轉換材料封裝在腔體中；LED芯片，固定在基板上且封裝在腔體中。根據本發明的另一方面，還提供了一種色溫可調的LED發光器件的制作方法，上述制作方法包括S1、將極化熒光粉與流體介質混合形成流體狀混合物；S2、將流體狀混合物注入透鏡與基板形成的內部封裝有LED芯片的腔體中；以及S3、在透鏡的外表面制備可與外部電路電連接的透明電極，得到LED發光器件。進一步地，上述步驟SI中的極化熒光粉的制備方法包括采用與靜電發生裝置連接的導體攪拌熒光粉得到極化熒光粉。進一步地，上述導體的轉速為100(T5000r/min，攪拌的時間為l(T30min。進一步地，上述步驟S4包括在透鏡的外表面上涂覆分散有透明電極活性成分的溶液，并在溶液中設置向溶液外部延伸的導體，待透明電極活性成分固化后形成透明電極。應用本發明的技術方案，由于光轉換材料沒有被固化，極化熒光粉可以在流體介質中自由流動，將透明電極與外部連通后形成電場，在電場的作用下，極化熒光粉可以沿一定的方向運動，而且可以通過透明電極的不同位置以及不同強度的電場控制極化熒光粉的運動方向和工作時的聚集位置，可以適時調節LED發光器件的色溫在250(T6500K之間變化，避免了使用驅動電路控制LED發光器件的色溫所帶來的結構復雜、可靠性低的問題。
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I示出了根據本發明的一種優選的實施例的LED發光器件的結構示意圖；以及圖2示出了根據本發明的另一種優選的實施例的LED發光器件的結構示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。如圖I和圖2所示，在本發明一種典型的實施方式中，提供了一種色溫可調的LED發光器件，該LED發光器件包括LED封裝體和透明電極5，LED封裝體包括透鏡3和流體狀的光轉換材料4，光轉換材料4包括極化熒光粉和流體介質；透明電極5設置在LED封裝體的透鏡3的外表面。具有上述結構的LED發光器件，由于光轉換材料4沒有被固化，極化熒光粉可以在流體介質中自由流動，將透明電極5與外部連通后形成電場，在電場的作用下，極化熒光粉可以沿一定的方向運動，而且可以通過透明電極5的不同位置以及不同強度的電場控制極化熒光粉的運動方向和工作時的聚集位置，從而可以適時調節LED發光器件的色溫在250(T6500K之間變化，避免了使用驅動電路控制LED發光器件的色溫所帶來的結構復雜、可靠性低的問題。在本發明的一種優選的實施例中，上述流體介質選自單組份硅樹脂、液晶材料和無機鹽溶液中的任一種，極化熒光粉與流體介質的重量比為1:3 1:10。采用單組份硅樹脂作為流體介質，即使在LED發光組件工作時也不會發生固化，保持光轉換材料的流動性；液晶材料和無機鹽溶液既可以使極化熒光粉在其中保持運動狀態，又不會對極化熒光粉的光轉換功能產生不利影響；同時為了保證極化熒光粉理想的光轉換效果，優選將極化熒光粉與流體介質的重量比控制在1: 3 1:10之間。可用于本發明的熒光粉為黃色熒光粉、綠色熒光粉和紅色熒光粉組成的組中的一種或多種，極化熒光粉的帶電量為1X10_8 1X10_4C。當極化熒光粉的帶電量控制在I X 10_8 I X 10_4C之間時，比較容易控制熒光粉的定向運動速度以及定向密集程度。如圖I和圖2所示，上述LED發光器件的透明電極5為沿透鏡5的外表面連續分布的電極或由相互隔離的多個透明電極塊組成。當透明電極5為沿透鏡5的外表面連續分布的電極時，可以通過控制透明電極與外部電路電連接后形成的電場的強度，從而控制極化熒光粉在空腔中的分布位置進而改變LED發光器件的色溫。當透明電極5由相互隔離的多個透明電極塊組成時，控制各個透明電極塊形成的電場的強度，使極化熒光粉根據實際的需求做出多樣化的運動方式并停留在更精準的位置，從而更精細地調節LED發光器件的色溫。如圖2所示，在本發明的一種優選的實施例中，上述透明電極塊包括與透鏡2同軸的環狀透明電極塊。采用上述環狀透明電極塊調節極化熒光粉的軸向分布方式，不僅實現了調節色溫的目的，而且使整個LED發光器件的出光更為均勻。綜合考慮本發明的透明電極5需要優良的導電性能和透光性能，優選透明電極5選自氧化銦錫電極、氧化銻錫電極和氧化錫電極中的一種或多種。
本發明的LED封裝體的結構基本與現有技術中的LED封裝結構類似，即LED封裝體還包括基板I和LED芯片2，透鏡3固定在基板I上并與基板I形成腔體，光轉換材料4封裝在腔體中；LED芯片2固定在基板I上且封裝在腔體中。在制備具有上述結構的LED封裝體時，可以采用現有技術中的常規方法即可，因此不需要引入新的技術或設備投資，節約了 LED封裝體的制作成本。在本發明的另一種典型的實施方式中，提供了一種色溫可調的LED發光器件的制作方法，該制作方法包括S1、將極化熒光粉與流體介質混合形成流體狀混合物；S2、將流體狀混合物注入透鏡與基板形成的內部封裝有LED芯片的腔體中；以及S3、在透鏡的外表面制備可與外部電路電連接的透明電極，得到LED發光器件。在上述制作方法中，采用常規的熒光粉的注入方式即可完成流體狀混合物的注入，可以通過透明電極形成的電場控制極化熒光粉的運動方向和工作時的聚集位置，從而可以適時調節LED發光器件的色溫在250(T6500K之間變化，避免了驅動電路的復雜布置過程。利用透明電極于外部電路進行連接形成的電場的大小可以根據極化熒光粉的粒度大小進行選擇，當熒光粉粒度D50在15iim以上時，選擇電壓在IOKV以上的電場；當熒光粉粒度D50大于等于IOiim且小于15iim時，選擇電壓在6 IOKV之間的電場；當熒光粉粒度D50大于等于5iim且小于IOiim時，選擇電壓在I飛KV之間的電場；當熒光粉粒度D50大于等于0. I y m且小于5 y m時，選擇電壓在50 IKV之間的電場。在本發明的又一種優選的實施例中，上述步驟SI中的極化熒光粉的制備方法包括采用與靜電發生裝置連接的導體攪拌熒光粉得到極化熒光粉。導體連接靜電發生裝置，靜電發生裝置持續放電，電荷通過導體傳遞給熒光粉顆粒，為保持電荷平衡，熒光粉顆粒的與靜電發生裝置相反的電荷會傳遞給塑料容器，直至達到動態平衡狀態，熒光粉顆粒會帶有靜電發生裝置設定的正電荷或負電荷相同的電荷形成極化熒光粉，并且帶電量可以通過放電的強弱、處理時間加以控制，熒光粉極化后與極化前的對光的轉換功能沒有發生變化，而且極化后產生的誘導偶極在電場的作用下使熒光粉向一定的方向運動，因此在熒光粉的固化過程中有利于控制熒光粉的固化位置。為了使不同粒度大小的熒光粉在極化過程中達到飽和帶電狀態，當熒光粉的粒度D50在15 ii m以上時，轉速為400(T5000r/min，時間25 30min ;當熒光粉的粒度D50大于等于IOiim且小于15iim時，轉速為250(T4000r/min，時間2(T25min ;當熒光粉的粒度D50大于等于5 iim且小于IOiim時，轉速為100(T2500r/min，時間l(T20min ;當熒光粉的粒度D50大于等于0. I ii m且小于5 ii m時，轉速為500 1000r/min,時間5 lOmin。在上述攪拌條件下進行攪拌，可以達到粒子帶電飽和狀態，超出這一范圍，粒子帶電量不會發生大的變化。在本發明的又一種優選的實施例中，上述步驟S4包括在透鏡的外表面上涂覆分散有透明電極活性成分的溶液，并在溶液中設置向溶液外部延伸的導體，待透明電極活性成分固化后形成透明電極。透明電極的設置方法極為簡單，因此使得本發明的LED發光器件的制作方法也較為簡單，便于在LED照明領域的廣泛應用。以下將結合實施例，進一步說明本發明的有益效果。實施例I采用型號為ESD61002B的靜電發生器與不銹鋼棒相連，通電后在2000r/min的轉速下攪拌聚四氟乙烯筒中的粒度D50大于等于5 m且小于10 m的綠色熒光粉lOmin， 得到帶電量在1X10_8 1X10_6C之間的極化黃色熒光粉，將該極化黃色熒光粉與型號為0E6550的B組分以1:5的重量比進行混合，得實施例I的流體狀混合物；在鋁基板上布置電路，然后將5個LED芯片等間距地固定在鋁基板上并使LED芯片與電路進行連接，然后將電路進行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅膠透鏡并利用硅膠透鏡將LED芯片封裝在其與基板形成的空腔中；利用硅膠透鏡上的通孔將流體狀混合物注入空腔中，然后將通孔密封；在硅膠透鏡的外表面上印刷氧化銦錫電極，得到實施例I的LED發光器件，將該氧化銦錫電極與外部電路相連，開啟電源使流體狀混合物處于IKV的電場中，檢測實施例I的LED發光器件的色溫，結果見表I。實施例2采用型號為ESD61002B的靜電發生器與不銹鋼棒相連，通電后在1000r/min的轉速下攪拌聚四氟乙烯筒中的粒度大于等于5 iim且小于IOiim的綠色熒光粉20min，得到帶電量在I X 10_8 I X 10_6C之間的極化黃色熒光粉，將該極化黃色熒光粉與型號為0E6550的B組分以1:5的重量比進行混合，得實施例I的流體狀混合物；在鋁基板上布置電路，然后將5個LED芯片等間距地固定在鋁基板上并使LED芯片與電路進行連接，然后將電路進行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅膠透鏡并利用硅膠透鏡將LED芯片封裝在其與基板形成的空腔中；利用硅膠透鏡上的通孔將流體狀混合物注入空腔中，然后將通孔密封；在硅膠透鏡的外表面上印刷氧化銦錫電極，得到實施例I的LED發光器件，將該氧化銦錫電極與外部電路相連，開啟電源使流體狀混合物處于5KV的電場中，檢測實施例2的LED發光器件的色溫，結果見表I。實施例3采用型號為ESD61002B的靜電發生器與鋁棒相連，通電后在3000r/min的轉速下攪拌聚四氟乙烯筒中粒度D50大于等于10 y m且小于15 y m的綠色熒光粉25min，得到帶電量在I X IO-9 I X 10_7C之間的極化黃色熒光粉，將該極化黃色熒光粉與甲基環己基苯酚以1:3的重量比進行混合，得實施例3的流體狀混合物；在鋁基板上布置電路，然后將5個LED芯片等間距地固定在鋁基板上并使LED芯片與電路進行連接，然后將電路進行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅膠透鏡并利用硅膠透鏡將LED芯片封裝在其與基板形成的空腔中；利用硅膠透鏡上的通孔將流體狀混合物注入空腔中，然后將通孔密封；在硅膠透鏡的外表面上印刷三個與透鏡同軸的環形氧化銻錫電極塊，得到實施例3的LED發光器件，將各氧化銻錫電極塊與同一外部電路相連，開啟電源使流體狀混合物處于8KV的電場中，檢測實施例3的LED發光器件的色溫，結果見表I。
實施例4采用型號為ESD61002B的靜電發生器與鋁棒相連，通電后在3000r/min的轉速下攪拌聚四氟乙烯筒中粒度D50大于等于10 y m且小于15 y m的綠色熒光粉25min，得到帶電量在I X IO-9 I X 10_7C之間的極化黃色熒光粉，將該極化黃色熒光粉與甲基環己基苯酚以1:3的重量比進行混合，得實施例3的流體狀混合物；在鋁基板上布置電路，然后將5個LED芯片等間距地固定在鋁基板上并使LED芯片與電路進行連接，然后將電路進行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅膠透鏡并利用硅膠透鏡將LED芯片封裝在其與基板形成的空腔中；利用硅膠透鏡上的通孔將流體狀混合物注入空腔中，然后將通孔密封；在硅膠透鏡的外表面上印刷三個與透鏡同軸的環形氧化銻錫電極塊，得到實施例3的LED發光器件，將各氧化銻錫電極塊與三個不同的外部電路相連，開啟電源使流體狀混合物處于6KV、8KVU0KV的電場中，檢測實施例4的LED發光器件的色溫，結果見表I。實施例5采用型號為ESD61002B的靜電發生器與銅棒相連，通電后在5000r/min的轉速下攪拌聚四氟乙烯筒中粒度D50大于等于15且小于20 y m的綠色熒光粉30min，得到帶電量在I X 10_6 I X 10_4C之間的極化黃色熒光粉，將該極化黃色熒光粉與濃度為lmol/L的氯化鈉溶液以1:10的重量比進行混合，得實施例5的流體狀混合物；在鋁基板上布置電路，然后將5個LED芯片等間距地固定在鋁基板上并使LED芯片與電路進行連接，然后將電路進行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅膠透鏡并利用硅膠透鏡將LED芯片封裝在其與基板形成的空腔中；利用硅膠透鏡上的通孔將流體狀混合物注入空腔中，然后將通孔密封；在硅膠透鏡的外表面上印刷氧化錫電極，得到實施例5的LED發光器件，將該氧化錫電極與外部電路相連，開啟電源使流體狀混合物處于15V的電場中，檢測實施例5的LED發光器件的色溫，結果見表I。實施例6采用型號為ESD61002B的靜電發生器與鋁棒相連，通電后在800r/min的轉速下攪拌聚四氟乙烯筒中的粒度D50大于等于0. I ii m且小于5 ii m的綠色突光粉6min,得到帶電量在1X10_1(I 1X10_8C之間的極化黃色熒光粉，將該極化黃色熒光粉與型號為lmol/L的硫酸鋅以1:2的重量比進行混合，得實施例6的流體狀混合物；在鋁基板上布置電路，然后將5個LED芯片等間距地固定在鋁基板上并使LED芯片與電路進行連接，然后將電路進行焊接；在基板的各LED芯片所在位置固定硅膠透鏡并利用硅膠透鏡將LED芯片封裝在其與基板形成的空腔中；利用硅膠透鏡上的通孔將流體狀混合物注入空腔中，然后將通孔密封；在硅膠透鏡的外表面上印刷氧化銦錫電極，得到實施例6的LED發光器件，并將該氧化銦錫電極與外部電路相連，開啟電源使流體狀混合物處于800V的電場中，檢測實施例6的LED發光器件的色溫，結果見表I。表I
權利要求
1.一種色溫可調的LED發光器件，其特征在于，所述LED發光器件包括LED封裝體，所述LED封裝體包括透鏡(3)和流體狀的光轉換材料(4)，所述光轉換材料(4)包括極化熒光粉和流體介質；透明電極(5)，設置在所述LED封裝體的透鏡(3)的外表面。
2.根據權利要求I所述的LED發光器件，其特征在于，所述流體介質選自單組份硅樹脂、液晶材料和無機鹽溶液中的任一種，所述極化熒光粉與所述流體介質的重量比為 1:3 1:10。
3.根據權利要求I所述的LED發光器件，其特征在于，所述極化熒光粉的帶電量為 1X1(T8 1X1(T4C。
4.根據權利要求I所述的LED發光器件，其特征在于，所述透明電極(5)為沿所述透鏡(5)的外表面連續分布的電極或由相互隔離的多個透明電極塊組成。
5.根據權利要求4所述的LED發光器件，其特征在于，所述透明電極塊包括與所述透鏡(2)同軸的環狀透明電極塊。
6.根據權利要求4所述的LED發光器件，其特征在于，所述透明電極(5)選自氧化銦錫電極、氧化銻錫電極和氧化錫電極中的一種或多種。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的LED發光器件，其特征在于，所述LED封裝體還包括基板(I)，所述透鏡(3 )固定在所述基板(I)上并與所述基板(I)形成腔體，所述光轉換材料(4)封裝在所述腔體中；LED芯片(2 )，固定在所述基板(I)上且封裝在所述腔體中。
8.—種色溫可調的LED發光器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括51、將極化熒光粉與流體介質混合形成流體狀混合物；52、將所述流體狀混合物注入透鏡與基板形成的內部封裝有LED芯片的腔體中；以及53、在所述透鏡的外表面制備可與外部電路電連接的透明電極，得到所述LED發光器件。
9.根據權利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述步驟SI中的所述極化熒光粉的制備方法包括采用與靜電發生裝置連接的導體攪拌熒光粉得到所述極化熒光粉。
10.根據權利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述導體的轉速為100(T5000r/ min,所述攪拌的時間為10 30min。
11.根據權利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述步驟S4包括在所述透鏡的外表面上涂覆分散有透明電極活性成分的溶液，并在所述溶液中設置向所述溶液外部延伸的導體，待所述透明電極活性成分固化后形成透明電極。
全文摘要
本發明提供了一種色溫可調的LED發光器件及其制作方法。該LED發光器件包括LED封裝體，LED封裝體包括透鏡和流體狀的光轉換材料，光轉換材料包括極化熒光粉和流體介質；透明電極，設置在LED封裝體的透鏡的外表面。由于光轉換材料沒有被固化，極化熒光粉可以在流體介質中自由流動，將透明電極與外部連通后形成電場，在電場的作用下，極化熒光粉可以沿一定的方向運動，而且可以通過透明電極的不同位置以及不同強度的電場控制極化熒光粉的運動方向和工作時的聚集位置，可以適時調節LED發光器件的色溫在2500~6500K之間變化，避免了使用驅動電路控制LED發光器件的色溫所帶來的結構復雜、可靠性低的問題。
文檔編號H01L33/50GK102983252SQ20121049258
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者黃潔瑩, 范供齊, 牛琳, 孫博, 劉立莉, 郭金霞, 梁潤園, 韋嘉, 董明智, 趙璐冰, 許紹偉, 袁長安 申請人:北京半導體照明科技促進中心