一种深紫外LED器件及其制造方法

技术领域

本申请涉及LED照明技术领域，更具体的说，特别涉及一种深紫外LED器件及其制造方法。

背景技术

由于紫外线尤其是深紫外对有机材料具有破坏作用，所以目前深紫外LED的封装主流结构为，在带腔体的金属或者陶瓷基板上面封装石英透镜。这种封装形式能比较大地减免了紫外线对有机材料的破坏作用，但这类方案存在一个明显的缺点，发光芯片发出光线是直接照射在空气或者保护气体当中，再经由石英透镜发出光线，这导致了光线从发光芯片发出后，照射到空气当中时由于全反射过多，导致了出光效率低下的情况，不利于器件的使用，以及影响器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深紫外LED器件及其制造方法，解决现有深紫外LED出光效率低下的技术问题。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种深紫外LED器件，包括基板、发光元件、石英透镜、耐紫外材料和密封结构；所述基板设有腔体，所述发光元件设于所述腔体内，所述耐紫外材料填充于所述腔体内，所述耐紫外材料的键能为450kJ/mol－900kJ/mol且大于所述发光元件所发出的紫外线的能量，所述石英透镜设于所述基板位于所述腔体的一面上，所述基板上设有供所述石英透镜安装的台阶，所述密封结构设于所述基板和石英透镜之间。

进一步地，所述石英透镜上设有台阶通孔，所述台阶通孔与所述腔体连通。

进一步地，所述密封结构包括设于所述石英透镜的侧壁与所述台阶的侧壁之间的第一密封层和第二密封层，所述第一密封层密封于所述耐紫外材料上，所述第二密封层密封于所述第一密封层上，所述第一密封层的密度低于所述耐紫外材料的密度。

进一步地，所述密封结构包括设于所述台阶通孔内的第一密封层和第二密封层，所述第一密封层密封于所述耐紫外材料上，所述第二密封层密封于所述第一密封层上，所述第一密封层的密度低于所述耐紫外材料的密度。

进一步地，所述台阶的侧壁上设有金属镀层，所述石英透镜的侧壁上设有金属镀层。

进一步地，所述石英透镜朝向所述耐紫外材料的一面为凸面或者平面，所述耐紫外材料朝向所述石英透镜的一面为凹面或者平面。

进一步地，所述石英透镜的凸面的弧度大于0且小于1。

进一步地，所述第一密封层为热固化胶水层，所述第二密封层为金属焊料层。

进一步地，所述耐紫外材料为聚二甲基硅氧烷或者混有二氧化硅粉末的聚二甲基硅氧烷。

进一步地，所述发光元件发出的紫外线波长为260nm－410nm。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种深紫外LED器件制造方法，采用了如下所述的技术方案：

一种深紫外LED器件制造方法，基于如上所述的深紫外LED器件，包括如下步骤：

在基板的腔体内填充耐紫外材料；

将石英透镜安装于基板上；

对基板和石英透镜之间进行密封，以形成密封结构。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：

一种深紫外LED器件及其制造方法，发光元件设置于在腔体内，基板的腔体内填充耐紫外材料，耐紫外材料包裹于发光元件，避免发光元件所产生的紫外线直接照射到空气中导致全反射过多的情况出现，提高了器件的整体出光效率，较大程度地提升了亮度，且耐紫外材料的导热率比空气高很多倍，提升了深紫外LED器件的散热效果，从而提升器件恶劣环境下的寿命；在基板的腔体内填充耐紫外材料后，在基板上放置石英透镜，石英透镜上的台阶通孔，用于把多余的耐紫外材料释放出来，保证石英透镜和耐紫外材料无间隙；石英透镜的凸面的设置，确保耐紫外材料和石英透镜之间不会产生气体，通过改善石英透镜结构，保证了密封性能以及可靠性；将多余的耐紫外材料释放出去后，先用第一密封层密封于所述耐紫外材料上，然后用第二密封层密封于第一密封层上，能达到很好的密封效果以及抗紫外性能，由于第二密封层比耐紫外材料重，所以先用密度比耐紫外材料低的第一密封层对台阶通孔密封，再采用第二密封层对台阶通孔进行密封，避免了第二密封层过重导致沉下去的影响；石英透镜的侧壁和基板的台阶的侧壁均采用无机的金属焊料密封，气密性和密封性均有很好的效果，进一步保证密封效果以及抗紫外性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。

图1为本发明实施例中深紫外LED器件的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中深紫外LED器件放置石英玻璃前的结构示意图；

图3为本发明实施例中深紫外LED器件放置石英玻璃后的结构示意图；

图4为本发明实施例中深紫外LED器件的俯视图。

附图标记说明：

1、基板；11、台阶；12、腔体；2、发光元件；3、石英透镜；31、台阶通孔；4、耐紫外材料；5、密封结构；51、第一密封层；52、第二密封层；6、金属镀层。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供一种深紫外LED器件，包括基板、发光元件、石英透镜、耐紫外材料和密封结构；所述基板设有腔体，所述发光元件设于所述腔体内，所述耐紫外材料填充于所述腔体内，所述耐紫外材料的键能为450kJ/mol－900kJ/mol且大于所述发光元件所发出的紫外线的能量，所述石英透镜设于所述基板位于所述腔体的一面上，所述基板上设有供所述石英透镜安装的台阶，所述密封结构设于所述基板和石英透镜之间。

基于上述深紫外LED器件，本发明还提供一种深紫外LED器件制造方法，包括如下步骤：

在基板的腔体内填充耐紫外材料；

将石英透镜安装于基板上；

对基板和石英透镜之间进行密封，以形成密封结构。

本发明提供的深紫外LED器件及其制造方法，发光元件设置于在腔体内，基板的腔体内填充耐紫外材料，耐紫外材料包裹于发光元件，避免发光元件所产生的紫外线直接照射到空气中导致全反射过多的情况出现，提高了器件的整体出光效率，较大程度地提升了亮度，耐紫外材料的键能大于发光元件所发出的紫外线的能量，紫外线在照射过程中不会打断耐紫外材料的分子链，从而紫外线对耐紫外材料不会造成影响，且通过密封结构，密封于基板和石英透镜之间的间隙，保证了密封性能以及可靠性。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1和图2所示，一种深紫外LED器件，包括基板1、发光元件2、石英透镜3、耐紫外材料4和密封结构5。

所述基板1设有腔体12，所述发光元件2设于所述腔体12内，所述发光元件2用于发出紫外线，所述耐紫外材料4填充于所述腔体12内，所述耐紫外材料4的键能大于所述发光元件2所发出的紫外线的能量，所述石英透镜3设于所述基板1位于所述腔体12的一面上，所述基板1上设有供所述石英透镜3安装的台阶11，所述密封结构5设于所述基板1和石英透镜3之间。

本发明实施例提供的深紫外LED器件，发光元件2设置于腔体12内，基板1的腔体12内填充耐紫外材料4，耐紫外材料4包裹于发光元件2，避免发光元件2所产生的紫外线直接照射到空气中导致全反射过多的情况出现，提高了器件的整体出光效率，较大程度地提升了亮度，耐紫外材料4的键能大于发光元件2所发出的紫外线的能量，紫外线在照射过程中不会打断耐紫外材料4的分子链，从而紫外线对耐紫外材料4不会造成影响，且通过密封结构5密封于基板1和石英透镜3之间的间隙，保证了密封性能以及可靠性。

在一个实施例中，所述耐紫外材料4为高键能耐紫外材料4，高键能耐紫外材料4键能范围在450kJ/mol－900kJ/mol之间，如C－F 489，C＝O 745，H－F 565等，在此举例不做限定。

所述耐紫外材料4呈液态或者固态。

在一个实施例中，所述耐紫外材料4呈液态，所述耐紫外材料4为聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者混有二氧化硅粉末的聚二甲基硅氧烷。聚二甲基硅氧烷透明度高，具有耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、防水性、表面张力小、导热性好等特性，导热系数为0.134W/(m·K)－0.159W/(m·K)，透光率高，具有生理惰性、良好的化学稳定性。

本实施例以耐紫外材料4为聚二甲基硅氧烷或者混有二氧化硅粉末的聚二甲基硅氧烷为例，聚二甲基硅氧烷的分子链Si－O键能为460kJ/mol，当混有二氧化硅粉末的时候，二氧化硅占总质量比在2％－8％之间，且二氧化硅粒径在5nm－50nm之间。

在一个实施例中，所述发光元件2发出的紫外线波长为260nm－410nm，进一步的，特别适用于260nm－320nm之间的紫外线波长。

需要说明的是，紫外线照射某些物质时，能产生光化学反应。波长在200nm－400nm的紫外线所具有的能量(3eV－6eV)正是许多物质(化学键能也在3eV－6eV的范围内)吸收后产生光化学反应所需的能量。尤其是短波紫外线的光子能量较大，对光化学反应特别有效，能直接引起一些物质的化合和分解。

紫外线破坏有机材料的本质是紫外线的能量比有机材料的键能要高，在照射过程中就会打断有机材料的分子链。而聚二甲基硅氧烷属于高键能材料，分子链Si－O键能为460kJ/mol，而紫外线是波长越短，能量越高，260nm紫外线所具有的能量在450kJ/mol左右。所以当波长在260nm以上时，紫外线对聚二甲基硅氧烷不会造成影响，因此，选择紫外线波长大于260nm且小于410nm的发光元件2。而聚二甲基硅氧烷对紫外线的透过率都很高，在260nm以上透过率在70％以上。

通过在基板1的腔体12填充聚二甲基硅氧烷，大大提高了深紫外LED器件的出光效率，添加聚二甲基硅氧烷与不添加聚二甲基硅氧烷相比，亮度提升约50％左右。且聚二甲基硅氧烷的导热率比空气高很多倍，提升了深紫外LED器件的散热效果，从而提升器件恶劣环境下的寿命。

所述石英透镜3上设有台阶通孔31，台阶通孔31可分为两层或两层以上，相邻层通孔的直径大小不同，以形成台阶，台阶通孔31可设置于石英透镜3的边缘，也可设置于石英透镜3的内部，所述台阶通孔31与所述腔体12连通。

在一个实施例中，所述台阶通孔31分为上下两层，且上层通孔大、下层通孔小。

在一个实施例中，结合图3和图4，两个台阶通孔31设置于石英透镜3的边缘，由于石英透镜3的边缘位于基板1台阶11的侧壁的内侧，且台阶通孔31与腔体12连通，台阶通孔31便于排出多余的耐紫外材料4。在基板1的腔体12内填充耐紫外材料4后，在基板1上放置石英透镜3，石英透镜3边缘的台阶通孔31，用于把多余的耐紫外材料4释放出来，保证石英透镜3和耐紫外材料4无间隙。在其他实施例中，台阶通孔31的数量可以是一个、三个、四个或更多。

在一个实施例中，结合图1和图4，所述密封结构5包括设于所述石英透镜3的侧壁与所述台阶11的侧壁之间的第一密封层51和第二密封层52，所述第一密封层51密封于所述耐紫外材料4上，所述第二密封层52密封于所述第一密封层51上，所述第一密封层51的密度低于所述耐紫外材料4的密度，实现对腔体12的密封。

在另一个实施例中，结合图1和图4，所述密封结构5包括设于所述台阶通孔31内的第一密封层51和第二密封层52，相应的，所述第一密封层51和第二密封层52分别设置在台阶通孔31内，所述台阶通孔31的下层填充有多余的耐紫外材料4，所述第一密封层51设置在台阶通孔31的上层内并密封于所述耐紫外材料4上，所述第二密封层52设置在台阶通孔31的上层内并密封于所述第一密封层51上，所述第一密封层51的密度低于所述耐紫外材料4的密度。需要说明的是，所述第一密封层51和第二密封层52除了设置在台阶通孔31内，还设置在石英透镜3的侧壁与台阶11的侧壁之间，从而实现对腔体12的密封。在其他实施例中，所述第一密封层51可以设置在台阶通孔31的下层内并密封于所述耐紫外材料4上，所述密封结构5还可设置两层以上的密封层。

石英透镜3通过台阶通孔31将多余的耐紫外材料4释放出去后，先用第一密封层51密封于所述耐紫外材料4上，然后用第二密封层52密封于第一密封层51上，能达到很好的密封效果以及抗紫外性能；由于第二密封层52比耐紫外材料4重，所以先用第一密封层51对台阶通孔31的上层密封，再采用第二密封层52对台阶通孔31的上层密封，先采用第一密封层密封51再采用第二密封层52密封，避免了第二密封层52过重导致沉下去的影响。

具体如图1所示，在一个实施例中，所述第一密封层51为热固化胶水层，所述第二密封层52为金属焊料层。通过热固化胶水密封于所述耐紫外材料4上，胶水固化形成热固化胶水层，实现器件一次密封，然后用金属焊料密封于热固化胶水层上，形成金属焊料层，实现器件二次密封，通过两次密封，较大程度地提升了密封效果以及抗紫外性能；由于金属焊料层比耐紫外材料4重，所以先用热固化胶水层对耐紫外材料4进行一次密封，再采用金属焊料层进行二次密封，避免了金属焊料层过重导致沉下去的影响。

在一个实施例中，所述基板1为金属基板或者陶瓷基板。

具体如图2和图4所示，所述基板1上设有供所述石英透镜3安装的台阶11。

在一个实施例中，所述台阶为圆形台阶，同样的，所述石英透镜3呈圆柱形，石英透镜3的直径小于或等于台阶11的侧壁的直径，所述台阶11的侧壁上设有金属镀层6，所述石英透镜3侧壁上设有金属镀层6。石英透镜3和基板1均采用无机的金属焊料密封，气密性和密封性均有很好的效果，进一步保证密封效果以及抗紫外性能。

在一个实施例中，当台阶通孔31设置在石英透镜3边缘时，台阶通孔31的侧壁上也设有金属镀层6，从而保证基板1与石英透镜3之间的气密性和密封性。

在一个实施例中，金属镀层6仅设置在所述台阶通孔31上层的侧壁上。

在一个实施例中，金属镀层6采用金、银、锡等，在此举例不做限定。

所述石英透镜3与所述耐紫外材料4之间无间隙或者存在间隙。

在一个实施例中，耐紫外材料4在基板1的腔体12内填充满，使耐紫外材料4上表面与石英透镜3下表面贴合，从而时石英透镜3与所述耐紫外材料4之间无间隙。

在一个实施例中，耐紫外材料4在基板1的腔体12内不填充满，使耐紫外材料4上表面与石英透镜3下表面之间存在间隙。

所述石英透镜3朝向所述耐紫外材料4的一面为凸面或者平面，所述耐紫外材料4朝向所述石英透镜3的一面为凹面或者平面。在一个实施例中，所述石英透镜3朝向所述基板1的一面为凸面时，所述耐紫外材料4朝向所述石英透镜3的一面可为凹面，石英透镜3的凸面与耐紫外材料4的凹面配合，确保石英透镜3与耐紫外材料4之间无间隙；同样的，所述石英透镜3朝向所述基板1的一面为平面时，所述耐紫外材料4朝向所述石英透镜3的一面也可为平面，石英透镜3的平面与耐紫外材料4的平面配合，确保石英透镜3与耐紫外材料4之间无间隙，能够确保石英透镜3和耐紫外材料4和之间不会产生气体，通过改善石英透镜3结构，保证了密封性能以及可靠性。

在一个实施例中，所述石英透镜3的凸面的弧度大于0且小于1。

本发明实施例提供的深紫外LED器件，发光元件2设置于在腔体12内，基板1的腔体12内填充耐紫外材料4，耐紫外材料4包裹于发光元件2，避免发光元件2所产生的紫外线直接照射到空气中导致全反射过多的情况出现，提高了器件的整体出光效率，较大程度地提升了亮度，且耐紫外材料4的导热率比空气高很多倍，提升了深紫外LED器件的散热效果，从而提升器件恶劣环境下的寿命；在基板1的腔体12内填充耐紫外材料4后，在基板1上放置石英透镜3，石英透镜3上的台阶通孔31，用于把多余的耐紫外材料4释放出来，保证石英透镜3和耐紫外材料4无间隙；石英透镜3的凸面的设置，确保耐紫外材料4和石英透镜3之间不会产生气体，通过改善石英透镜3结构，保证了密封性能以及可靠性；将多余的耐紫外材料4释放出去后，先用第一密封层51密封于所述耐紫外材料4上，然后用第二密封层52密封于第一密封层51上，能达到很好的密封效果以及抗紫外性能，由于第二密封层52比耐紫外材料4重，所以先用第一密封层51对台阶通孔31密封，再采用第二密封层52对台阶通孔31进行密封，避免了第二密封层52过重导致沉下去的影响；石英透镜3的侧壁和基板1的台阶11侧壁均采用无机的金属焊料密封，气密性和密封性均有很好的效果，进一步保证密封效果以及抗紫外性能。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种深紫外LED器件制造方法，采用了如下所述的技术方案：

一种深紫外LED器件制造方法，基于如上所述的深紫外LED器件，包括如下步骤：

在基板1的腔体12内填充耐紫外材料4；

将石英透镜3安装于基板1上；

对基板1和石英透镜3之间进行密封，以形成密封结构5。

具体的，首先准备好带台阶11的基板1，台阶11的侧壁设置有金属镀层6，在基板1上安装发光元件2，然后在基板1的腔体12内填充耐紫外材料4，耐紫外材料4为聚二甲基硅氧烷，并使耐紫外材料4的顶面与台阶11底部齐平，通过基板1的腔体12填充耐紫外材料4，大大提高了深紫外LED器件的出光效率，添加耐紫外材料4与不添加耐紫外材料4相比，亮度提升约50％左右。且耐紫外材料4的导热率比空气高很多倍，提升了深紫外LED器件的散热效果，从而提升器件恶劣环境下的寿命；

准备好底部带有凸面的石英透镜3，凸面向下微凸，弧度大于0且少于1，确保耐紫外材料4和石英透镜3之间不会产生空隙和气体，石英透镜3上设置有台阶通孔31，且台阶11侧壁也设置有金属镀层6。将石英透镜3放置在基板1的台阶11上，使多余的耐紫外材料4从石英透镜3的台阶通孔31溢出，保证石英透镜3和耐紫外材料4无间隙；

在台阶通孔31内点一层密度比耐紫外材料4密度低的第一密封胶，胶水固化形成第一密封层51，实现器件一次密封；

然后在第一密封层51上部形成第二密封层52，实现器件二次密封；通过两次密封，较大程度地提升了密封效果以及抗紫外性能。

具体的，第一密封层51为热固化胶水层，第二密封层52为金属焊料层。

本发明实施例提供的深紫外LED器件制造方法，发光元件2设置于在腔体12内，基板1的腔体12内填充耐紫外材料4，耐紫外材料4包裹于发光元件2，避免发光元件2所产生的紫外线直接照射到空气中导致全反射过多的情况出现，提高了器件的整体出光效率，较大程度地提升了亮度，且耐紫外材料4的导热率比空气高很多倍，提升了深紫外LED器件的散热效果，从而提升器件恶劣环境下的寿命；在基板1的腔体12内填充耐紫外材料4后，在基板1上放置石英透镜3，石英透镜3上的台阶通孔31，用于把多余的耐紫外材料4释放出来，保证石英透镜3和耐紫外材料4无间隙；石英透镜3的凸面的设置，确保耐紫外材料4和石英透镜3之间不会产生气体，通过改善石英透镜3结构，保证了密封性能以及可靠性；将多余的耐紫外材料4释放出去后，先用第一密封层51密封于所述耐紫外材料4上，然后用第二密封层52密封于第一密封层51上，能达到很好的密封效果以及抗紫外性能，由于第二密封层52比耐紫外材料4重，所以先用第一密封层51对台阶通孔31密封，再采用第二密封层52对台阶通孔31进行密封，避免了第二密封层52过重导致沉下去的影响；石英透镜3的侧壁和基板1的台阶11的侧壁均采用无机的金属焊料密封，气密性和密封性均有很好的效果，进一步保证密封效果以及抗紫外性能。

显然，以上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，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。