一种基于蓝光激发远程荧光粉的红外LED光源的制作方法

一种基于蓝光激发远程荧光粉的红外led光源
【技术领域】
[0001]
本发明涉及一种基于蓝光激发荧光粉的红外led光源及其制备方法。


背景技术：

[0002]
随着led技术的日渐成熟，led在各行各业得到了广泛应用。近年来5g技术的发展带动了万物互联、智能家居，赋予了光不同的含义，其中红外led在安防、人脸识别、机器视觉、智能控制、食品检测及医疗上起到了重要作用。传统红外led多为插件形式环氧树脂或硅胶封装结构，且主要采用红外芯片方案。以660nm-1100nm近红外应用较为常见，但目前该波段范围内的光无法通过芯片全部制得且红外芯片的光不连续的部分较多，随着向高波段的靠近红外芯片的价格变化也较大，光电转换效率相对传统蓝光芯片普遍偏低，因此红外led发出光谱的可连续性、光电转换效率以及性价比有待近一步提升和技术创新。
[0003]
近年来荧光粉技术的发展使得led光源的光谱成分更加丰富多样，更近一步接近和还原自然光，其中全光谱、太阳光等方案优化了光源的光品质和显色性，在健康照明中的应用越来越广泛。现有普光多采用相应波段的芯光直接制得，在传统rgb单色光中该种方案性价比较好，但在红外光led中由于红外芯片在高波段时价格较高或没有对应波段的芯片且光电转换效率低，因此同行业在不断尝试新的技术方案和可实现性。
[0004]
现有公开文献采用荧光粉转换为红外光的技术方案。中国专利cn107180905公开了一种蓝光芯片激发荧光粉的红外led灯及其制备方法，其采用的荧光粉中稀土元素主要为含有铕、钇、铈、镓、镥、钪、钇中的几种成分，将对应比例荧光粉或荧光胶直接涂覆在蓝光芯片上通过对应波段蓝光激发相应荧光粉产生发射光谱在850-1400nm特定红外波段的光。另有中国专利cn108231979公开了一种红外led光源，其采用直接涂覆荧光粉在蓝光芯片表面或上方一段距离，激发荧光粉产生发射光谱在760nm-1500nm的红外或近红外光。
[0005]
以上方案均验证了蓝光激发荧光粉转换为红外或近红外光的可行性。但上述方案均存在产生某一特定红外波段光时(如730nm、850nm或940nm)，其中会含有相近波段杂光的问题，相比红外芯片产生的光其光谱纯度较低。因此有待近一步改进和优化。


技术实现要素：

[0006]
本发明目的是克服了现有技术的不足，提供一种基于蓝光激发远程荧光粉的红外led光源及其制备方法，较采用同类型的蓝光激发荧光粉方案具有发射光谱一致性好，高气密性和可靠性等优点。
[0007]
本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008]
一种基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：包括有基板2，所述基板2为平面结构，在所述基板2的外围设有金属化线路层4，在所述金属化线路层4上设有光窗盖板1，光窗盖板1为腔体结构，所述光窗盖板1设于所述基板2的上方使所述光窗盖板1与所述基板2之间形成腔体6，在所述腔体6内设有蓝光芯片3，所述光窗盖板1包括有金属件101，在金属件101上分别设有通光孔、盖住所述通光孔的光窗透镜102，在所述光窗透镜102的底面
涂覆有远程荧光粉层7。
[0009]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：涂覆的所述远程荧光粉层7厚度为0.05mm-0.2mm，所述远程荧光粉层7的荧光粉包含化学式为axrpor:dy的无机化合物。
[0010]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：所述蓝光芯片3为常规芯片或倒装芯片，其波段范围为400纳米-470纳米。
[0011]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：所述光窗透镜102与所述金属件101之间设有将光窗透镜102、金属件101焊接连接的焊料5，所述焊料5呈环形，所述焊料5由无机材料制成。
[0012]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：所述基板2的材质为陶瓷、铝材、铜材、铝碳化硅基板中的一种。
[0013]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：所述光窗透镜102的材质为石英玻璃，所述光窗透镜102的形状为方形、圆形、椭球形、半球形中的一种。
[0014]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：所述金属件101的材质为科瓦合金或铜或铝，所述金属件101底部边沿部分设有延伸出的金属焊边，所述金属焊边与所述金属化线路层4焊接连接，所述金属焊边的宽度h1≧0.3毫米，所述金属化线路层4的厚度h2≧60微米，所述金属化线路层4表面设有镀层，所述镀层的材质为金或镍金。
[0015]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，其特征在于：所述金属件101表面设有镀镍层，所述腔体6的深度h3≧0.5毫米。
[0016]
一种如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源的制备方法，其特征在于包括有：
[0017]
在所述基板2边沿设置有环形金属化线路层4，金属化线路层4线路层厚度不低于60um，金属化线路层4表面镀金或镍金处理；
[0018]
蓝光芯片3通过锡膏固晶或共晶工艺绑定在基板2上；
[0019]
通过模具冲压制作所述金属件101，所述金属件101表面做镀镍处理；
[0020]
选取石英玻璃片材，对其表面做镀层处理；
[0021]
通过模压工艺将调制好的荧光胶均匀压合在石英玻璃表面且控好厚度及平整度，烘烤固化；
[0022]
切割与所述通光孔大小匹配的石英玻璃片制成光窗透镜102，对光窗透镜102边缘≦0.5毫米的环形区域做镀层处理，镀层厚度≧10微米；
[0023]
制作匹配尺寸的焊料5；
[0024]
将光窗透镜102通过工装治具装入金属件101内，采用烧结工艺将光窗透镜102与金属件101封接成光窗盖板1，或者添加焊料5将光窗透镜102与金属件101熔接成光窗盖板1；
[0025]
光窗盖板1经治具组装到基板2的金属化线路层4上，通过电阻焊工艺或熔焊工艺将光窗盖板1与基板2封接为一体，制成红外led光源。
[0026]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源的制备方法，其特征在于：所述焊料5的组分为ticubiznmn，其中ti占6.8％-25％、cu占19.6％-34％、bi占4.2％-7.3％、zn占21％-37％、mn占0.56％-1.2％；所述光窗透镜102边缘的镀层组分为镍金或铜。
[0027]
与现有技术相比，本发明有如下优点：
[0028]
1、本发明较传统采用红外芯片方案具有光谱可连续性强，光电转换效率高，气密性好，应用灵活，性价比高等优点,较采用同类型的蓝光激发荧光粉方案具有发射光谱一致性好，高气密性和可靠性等优点。
[0029]
2、本发明基板、金属件、光窗透镜均采用无机材料，焊料、金属化线路层以及所有的镀层也采用无机材料，采用烧结工艺或熔焊工艺将光窗透镜与金属件封接为一体制成光窗盖板，采用电阻焊或熔焊工艺将光窗盖板与基板结合为一体，实现高气密性、无机封装。
【附图说明】
[0030]
图1是本发明红外led光源的基板示意图；
[0031]
图2是本发明红外led光源实施例一的结构剖视示意图，图中的光窗透镜与金属件烧结连接，光窗盖板为腔体结构，基板为平面结构，光窗透镜的形状为方形或圆形；
[0032]
图3是本发明红外led光源实施例二的结构剖视示意图，图中的光窗透镜与金属件烧结连接，光窗盖板为腔体结构，基板为平面结构，光窗透镜的形状为半球形或椭球形；
[0033]
图4是本发明红外led光源实施例三的结构剖视示意图，图中的光窗透镜与金属件熔焊连接，光窗盖板为平面结构，基板为腔体结构，光窗透镜的形状为方形或圆形。
[0034]
图中：1为光窗盖板；101为金属件；102为光窗透镜；2为基板；3为蓝光芯片；4为金属化线路层；5为焊料；6为腔体；7为远程荧光粉层。
【具体实施方式】
[0035]
下面结合附图对本发明技术特征作进一步详细说明以便于所述领域技术人员能够理解。
[0036]
一种基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，包括有基板2，在所述基板2的外围设有金属化线路层4，在所述金属化线路层4上设有光窗盖板1，光窗盖板1为腔体结构，所述光窗盖板1设于所述基板2的上方使所述光窗盖板1与所述基板2之间形成腔体6，所述腔体6的深度h3≧0.5毫米，在所述腔体6内设有蓝光芯片3，所述光窗盖板1包括有金属件101，在金属件101上分别设有通光孔、盖住所述通光孔的光窗透镜102，在所述光窗透镜102的底面涂覆有远程荧光粉层7。
[0037]
光窗盖板1通过电阻焊或熔焊工艺与基板2封接为一体。较传统采用红外芯片方案具有光谱可连续性强，光电转换效率高，气密性好，应用灵活，性价比高等特点。较采用同类型的蓝光激发荧光粉方案具有发射光谱一致性好，高气密性和可靠性等特点。
[0038]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，涂覆的所述远程荧光粉层7厚度为0.05mm-0.2mm，所述远程荧光粉层7的荧光粉包含化学式为axrpor:dy的无机化合物，具体可以参考公开号为cn110857389a的专利。远程荧光粉层经特定蓝光波段激发后可产生发射光谱范围为700nm-1400nm的近红外光。
[0039]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，所述蓝光芯片3为常规芯片或倒装芯片，其波段范围为400纳米-470纳米，通过锡膏、固晶胶或共晶工艺绑定在基板2上且基板2边缘设有所述的金属化线路层4。
[0040]
进一步地，该蓝光芯片3可为单颗大尺寸蓝光芯片或多颗小尺寸蓝光芯片绑定在
一起，通过以上技术手段实现的任意形式的组合。
[0041]
所述光窗盖板1形状不限于方形、圆形等。所述光窗盖板1与所述基板2之间形成的腔体6深度h3≧0.5毫米，所述基板2可以为平面结构或为带有台阶的腔体结构，当基板2为平面结构时，对应的光窗盖板1为腔体结构；当基板2为带有台阶的腔体结构时，对应的光窗盖板1为平面结构，该台阶高度h4≧0.35毫米，便于匹配组装封接时不碰伤金线。
[0042]
在基板2上设有电路图案，所述基板2的材质可以为陶瓷基板，也可以为金属基板如铝材、铜材等，还可以采用其它具有高导热和反光特性的复合材料,如铝碳化硅基板、涂有石墨烯的金属基板等。
[0043]
进一步地，在陶瓷基板表面镀铝或采用高反射涂料材质，如ptfe，进一步提升不可见光波段特别是uvc波段器件的整体出光性能。
[0044]
当光窗透镜102与金属件101烧结连接时，所述光窗透镜102与所述金属件101之间设有将光窗透镜102、金属件101焊接连接的焊料5，所述焊料5呈环形，所述焊料5由无机材料制成。所述焊料5的组分为ticubiznmn，其中ti占6.8％-25％、cu占19.6％-34％、bi占4.2％-7.3％、zn占21％-37％、mn占0.56％-1.2％。
[0045]
所述光窗透镜102与所述金属件101也可以通过熔焊连接，则不需要焊料5。
[0046]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，所述光窗透镜102的材质为石英玻璃，所述光窗透镜102的形状为方形、圆形、椭球形、半球形中的一种。当光窗透镜102形状不同时，为便于焊接，金属件101的形状也会作适应性变化。
[0047]
如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源，所述金属件101的材质为科瓦合金或铜或铝，所述金属件101表面设有镀镍层,所述金属件101底部边沿部分设有延伸出的金属焊边，所述金属焊边与所述金属化线路层4焊接连接，所述金属焊边的宽度h1≧0.3毫米。
[0048]
本专利还请求保护一种如上所述基于蓝光激发荧光粉的红外led光源的制备方法，包括有：
[0049]
在所述基板2边沿设置有环形金属化线路层4，金属化线路层4线路层厚度不低于60um，金属化线路层4表面镀金或镍金处理；
[0050]
蓝光芯片3通过锡膏固晶或共晶工艺绑定在基板2上；
[0051]
通过模具冲压制作所述金属件101，所述金属件101表面做镀镍处理；
[0052]
选取石英玻璃片材，对其表面做镀层处理；
[0053]
通过模压工艺将调制好的荧光胶均匀压合在石英玻璃表面且控好厚度及平整度，烘烤固化；
[0054]
切割与所述通光孔大小匹配的石英玻璃片制成光窗透镜102，对光窗透镜102边缘≦0.5毫米的环形区域做镀层处理，镀层厚度≧10微米，所述光窗透镜102边缘的镀层组分为镍金或铜。
[0055]
制作匹配尺寸的焊料5；
[0056]
将光窗透镜102通过工装治具装入金属件101内，采用熔焊工艺对石英玻璃边缘镀层区域与金属件匹配接触部位进行熔接制成光窗盖板1，该熔接过程需在高纯度氮气或氮气与氦气混合气氛中进行以达到较好的气密性效果。或者添加焊料5采用烧结工艺将光窗透镜102与金属件101封接成光窗盖板1。
[0057]
光窗盖板1经治具组装到基板2的金属化线路层4上，通过电阻焊工艺或熔焊工艺
将光窗盖板1与基板2封接为一体，制成led器件。
[0058]
光窗盖板1经治具组装到基板2的金属化线路层4上，通过电阻焊工艺或熔焊工艺将光窗盖板1与基板2封接为一体，制成红外led光源。
[0059]
另外，涂覆远程荧光粉层的光窗盖板还可以按如下步骤的制作：
[0060]
1、采用精密模具冲压制作相应金属件101，金属件材质为科瓦合金且金属件101表面需做镀镍；
[0061]
2、切割对应尺寸的石英玻璃片,制成光窗透镜102；
[0062]
3、制作匹配尺寸的焊料5；
[0063]
4、通过工装治具依次将焊料5和光窗透镜102装入金属件101内；
[0064]
5、采用相应烧结工艺或熔焊工艺将光窗透镜102与金属件101封接为一体达到气密性光窗效果；
[0065]
6、将封接为一体光窗盖板1放入对应点胶制具中，同时将配制好的荧光胶按一定量均匀注入光窗盖板1腔体结构件内玻璃上待流平后放入烤箱，根据荧光胶特性按相应温度段烘烤作业，如100℃烘烤半小时后转150℃再烘烤两小时。
[0066]
7、取出烘烤好的光窗盖板1并检测其荧光粉层7的一致性和与光窗透镜102的接合力，进一步测试其在特定蓝光波段激发的红外光谱。
[0067]
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。