• 当前位置:首页 - 行业百科 - DUV-LED百科
    • DUV-LED百科
    • 紫外线应用百科
      • UVLED封装研究——封装胶与透镜
      • 发表时间:2014-08-25
      • 在 UV-LED 使用过程中,辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失,主要包括三个方面:芯片内部结构缺陷以及材料的吸收、光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此,很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面注入折射率相对较高的透明胶层(灌封胶),由于该胶层处于芯片和空气之间,从而有效减少了光子在界面的损失,提高了取光效率。此外,UV-LED灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护,应力释放,并作为一种光导结构。

        因此,封装胶和透镜材料选取的好坏直接影响UV-LED器件的发光效率和使用寿命,要求灌封胶的透光率高,折射率高,热稳定性好,流动性好,易于喷涂。为提高UV-LED 封装的可靠性,还要求其具有低吸湿性、低应力、耐候环保等特性。目前常用的封装胶包括环氧树脂和硅胶。

        从图1的不同波长的透过率图可以看出,对于紫外LED封装,石英玻璃具有最高的透过率(达到95%),硅树脂次之,环氧树脂的紫外光透过率则随波长变短急剧降低。然而,尽管石英玻璃紫外光透过率高,但其热加工温度高,并不适用于LED芯区的密封,因此在LED 封装工艺中石英玻璃一般仅作为最外层的透镜材料。

         

             图五种不同封装材料的光透过率

        另一方面,如图2a)、(b)分别表达了环氧树脂和硅树脂的耐紫外光和耐热能力曲线。我们可以知道,环氧树脂在可见光波长范围的各方面性能均还不错,但是在紫外波段,其耐紫外能力和耐热能力明显变差,而硅树脂则有明显的优势。因此,在大功率UV-LED 的封装中,硅胶明显优于环氧树脂。因此,一般不采用环氧树脂作为UV-LED的封装透镜材料,而是采用硅树脂和玻璃作为封装材料。

         

        2 a 环氧树脂和硅树脂的紫外老化

         

         

        2 b 环氧树脂和硅树脂的150 e 高温老化

        LED芯片封装材料需具备的功能,因LED封装的外观设计也有所不同。一般来说,硅胶作为内层的封装材料,主要有凝胶、弹性体等几种规格。由于硅胶与芯片直接相接,如果太软可能会影响其出光效果,而如果太硬又可能会由于其应力影响芯片的性能。因此,硅胶的选择要根据实际工艺。若为传统工艺灌入透镜,由于外层还有其他成型透镜封装,透镜内胶水则通常选用凝胶或弹性胶水。而若为模粒胶水工艺,由于外面没有透镜,胶水直接与芯片和外部环境相接触,因此我们通常选用抗外界冲击、不粘灰和硬度较高的弹性胶水。

        前面已经谈到,玻璃材料由于热加工温度很高,不适合芯区密封,只适合制作封装透镜。一般的玻璃材料有K9、石英玻璃等。在选择玻璃透镜时,我们必须考虑其对紫外光的透射率以及价格,图3a)和(b)列出了K9和石英玻璃的透射率。由于石英玻璃材料昂贵,市场上石英玻璃的价格比K9 玻璃会高出几倍的价格,而在UVA350nm~420 nm)波段的透射率,两者差别并不非常大。因此,在透镜材料选择方面,可以考虑采用K9玻璃代替昂贵的石英玻璃。

         

        3 a K9 玻璃的紫外透射率

         

        3 b 石英玻璃的紫外透射率

        如果条件允许,可以采用石英玻璃作为外层封装透镜,这样的封装结构 UV-LED发光效率更高,而石英玻璃一般选用JGS2 型的紫外光学石英光学玻璃,它是用氢氧熔化的光学石英光学玻璃,在220— 2500 nm 波段范围内具有良好的透过率,而远紫外光学石英光学玻璃(JGS1)和红外石英光学玻璃(JGS3)分别在远紫外和红外波段具有较高的透过率。

        终上所述,要获得一个高发光效率、高可靠性的封装结构,封装胶和透镜材料的选择必须要具有高的紫外透光率,匹配良好的折射率,抗紫外,防黄变,高的温度耐受能力和良好的应力等特性。

         

      • 分享:0
  • 技术支持 圭谷设计
  • 关键词: 消毒光源、深紫外LED、紫外消毒、紫外光源、DUV LED、UV LED、UVC、UVB