本發(fā)明涉及LED封裝技術(shù)，特別涉及一種LED照明用高反光基板的制作方法。

背景技術(shù)：

LED照明產(chǎn)品由于能量轉(zhuǎn)化效率非常高，能耗理論上小于白熾燈的10％，相比熒光燈，可以達(dá)到60％以上的節(jié)能效果，因而具有節(jié)能、環(huán)保和長壽命的優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于景觀照明、安全照明、特種照明和普通照明光源等照明領(lǐng)域，市場潛力巨大。

一般情況下，LED的發(fā)光波長隨溫度變化為0.02-0.3nm/℃，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使結(jié)區(qū)產(chǎn)生溫升，在室溫附近，溫度每升高1℃，LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減少0.05-1％左右，LED發(fā)熱的原因是因?yàn)樗尤氲碾娔懿]有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是一部分轉(zhuǎn)化成為熱能。市售白光LED光效目前約100-160lm/W，制成燈具后其電光轉(zhuǎn)換效率大約只有20～30％左右。也就是說大約70％以上的電能都變成了熱能。因此，散熱和系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)是影響LED照明的重要核心突破點(diǎn)。

未來發(fā)展的可撓曲基板:是期望應(yīng)用在汽車導(dǎo)航的LCD背光模塊薄型化需求而開發(fā)，以及高功率LED可以完成立體封裝要求，基本上可撓曲基板以鋁為材料是利用鋁的高熱傳導(dǎo)性與輕量化特性，制成高密度封裝基板，透過鋁質(zhì)基板薄板化后達(dá)到可撓曲特性，并且也能夠具高熱傳導(dǎo)特性，但同樣受到大功率LED封裝散熱問題限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種LED照明用高反光基板的制作方法，提高電光轉(zhuǎn)換效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種LED照明用高反光基板的制作方法，該制作方法包括以下步驟：

步驟(1)，選取陶瓷、金屬或非金屬材料或以上材料的復(fù)合材料作為基板的基材，采用納米壓印工藝，在基板的表面制取有序排列的、納米尺寸的幾何立體結(jié)構(gòu)層；

步驟(2)，采用薄膜沉積法將光學(xué)材料沉積于幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面，以形成高反光層，光學(xué)材料為至少一種金屬和/或金屬氧化物。

可選地，步驟(2)包括以下子步驟：將制取有幾何立體結(jié)構(gòu)層的基板放置于真空室中，抽真空至第一真空壓，該第一真空壓小于4.0×10E-3Pa；在真空室中通入氬氣、氮?dú)狻⒀鯕狻?SiH4、CH4、C2H2、CF4、三甲基鋁、三乙基鋁或以上氣體的混合氣體作為載氣，并抽真空至第二真空壓，該第二真空壓大于1.0×10E-1Pa；在載氣的保護(hù)下，將光學(xué)材料沉積于幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面，以形成高反光層，光學(xué)材料為至少一種金屬和/或金屬氧化物。

可選地，在步驟(1)后、步驟(2)前還包括以下步驟：將石墨烯粉體均勻分布于幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面，以形成散熱層。在步驟(2)中，采用薄膜沉積法將光學(xué)材料沉積于上述散熱層的表面，以形成高反光層，光學(xué)材料為至少一種金屬和/或金屬氧化物。

可選地，石墨烯粉體包括單層片或多層片的石墨烯，單層片的石墨烯厚度為0.33nm、長度為3μm～5μm，石墨烯粉體的分布密度(即石墨烯粉體所占基板表面的面積百分比)為35％～96％(優(yōu)選65％～85％)。石墨烯粉體可以是導(dǎo)電石墨烯粉體或絕緣石墨烯粉體。多層片石墨烯粉體的厚度為1nm～3nm。

可選地，所選取的陶瓷材料為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅或氧化鋯；所選取的金屬材料為鐵、鋼、銅、鋁、鋁鈦合金或鋁鎂合金；所選取的非金屬材料為聚苯乙烯、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃、ABS塑料、石英玻璃或光學(xué)玻璃。基板的厚度為0.05mm～10mm，基板至少有一面是拋光面。

可選地，納米尺寸包括納米線寬，該納米線寬為50nm～500nm。幾何立體結(jié)構(gòu)層的長度為200nm～800μm、寬度為100nm～900μm、高度為100nm～600nm。

可選地，薄膜沉積法為磁過濾多弧離子復(fù)合鍍膜法(FCVA)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、高能離子束濺射沉積法(IBD)、磁控濺射沉積法、單原子層沉積法(ALD)、蒸發(fā)鍍膜中的一種或多種的組合?；瘜W(xué)氣相沉積法可以為電子回旋共振化學(xué)氣相沉積法(ECR-CVD)、中頻或射頻化學(xué)氣相沉積法(RF-CVD)。磁控濺射沉積法可以為直流、中頻或射頻磁控濺射沉積法。蒸發(fā)鍍膜可以為電子槍或激光束蒸發(fā)鍍膜。在一優(yōu)選例中，采用薄膜沉積法將光學(xué)材料沉積于石墨烯粉體或幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面時(shí)，滿足以下沉積條件：沉積溫度為30～120℃(優(yōu)選40～80℃)，沉積時(shí)間為500～3000秒(優(yōu)選520～800秒)。

在各優(yōu)選例中，采用電子回旋共振化學(xué)氣相沉積法(ECR-CVD)需滿足以下條件：微波功率為250W～400W(優(yōu)選300W)；采用中頻或射頻化學(xué)氣相沉積法(RF-CVD)需滿足以下條件：射頻功率為500W～700W(優(yōu)選600W)、加速柵極電壓為250V～400V(優(yōu)選300V)；采用高能離子束濺射沉積法(IBD)需滿足以下條件：離子源射頻功率為600W～800W(優(yōu)選700W)，離子速加速柵極電壓為250V～400V(優(yōu)選300V)；

可選地，光學(xué)材料為類金剛石、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化硅、五氧化二鉭、氧化鋯、銀、銅、金、鉑、硅、鈀、銠中的一種或多種的組成。

可選地，高反光層的厚度為0.005μm～5μm。高反光層可以通過單層沉積或多層交替沉積形成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)：

(1)通過采用納米壓印工藝，在基板的表面制取有序排列的、納米尺寸的幾何立體結(jié)構(gòu)層來調(diào)節(jié)LED基板對光的反射方向和沉積高反射光學(xué)膜來獲得高的電光轉(zhuǎn)換效率。

(2)利用石墨烯的綜合特性，使高反射薄膜具有高透光、耐候性和散熱，此結(jié)構(gòu)光學(xué)反射膜可有效地控制LED的發(fā)光波長不隨溫度變化而變化、確保LED芯片長期高效地穩(wěn)定工作和顏色的鮮艷度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式中LED照明用高反光基板的制作方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明第二實(shí)施方式中LED照明用高反光基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第二實(shí)施方式中真空室的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及一種LED照明用高反光基板的制作方法。圖1是該LED照明用高反光基板的制作方法的流程示意圖。如圖1所示，該LED照明用高反光基板的制作方法包括以下步驟：

在步驟101中，選取陶瓷、金屬或非金屬材料或以上材料的復(fù)合材料作為基板的基材，采用納米壓印工藝，在基板的表面制取有序排列的、納米尺寸的幾何立體結(jié)構(gòu)層。

此后進(jìn)入步驟102，采用薄膜沉積法將光學(xué)材料沉積于幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面，以形成 高反光層，光學(xué)材料為至少一種金屬和/或金屬氧化物。

此后結(jié)束本流程。

作為可選實(shí)施方式，上述步驟102中包括以下子步驟：

將制取有幾何立體結(jié)構(gòu)層的基板放置于真空室中，抽真空至第一真空壓，該第一真空壓小于4.0×10E-3Pa；

在真空室中通入氬氣、氮?dú)?、氧氣、SiH4、CH4、C2H2、CF4、三甲基鋁、三乙基鋁或以上氣體的混合氣體作為載氣，并抽真空至第二真空壓，該第二真空壓大于1.0×10E-1Pa；

在載氣的保護(hù)下，將光學(xué)材料沉積于幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面，以形成高反光層，光學(xué)材料為至少一種金屬和/或金屬氧化物。

在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，也可以在其他真空環(huán)境下或通入與光學(xué)材料相混合的其他材料來形成高反光層，不限于上述的順序和參數(shù)設(shè)置。

本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及一種LED照明用高反光基板的制作方法。第二實(shí)施方式在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。具體地說：

在步驟101后、步驟102前還包括以下步驟：

將石墨烯粉體均勻分布于幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面，以形成散熱層。

在步驟102中，采用薄膜沉積法將光學(xué)材料沉積于散熱層的表面，以形成高反光層，光學(xué)材料為至少一種金屬和/或金屬氧化物。

以下將以實(shí)施例1至實(shí)施例4對上述方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖2為一優(yōu)選的LED照明用高反光基板的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該LED照明用高反光基板包括基板1、高反光層2、絕緣散熱涂層3和LED封裝芯片4。在優(yōu)選例中，在該高反光層2與該基板1之間還包括由石墨烯粉體形成的散熱層。該基板1可以是硬性或柔性的。

圖3為一優(yōu)選的真空室的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該真空室包括ECR-CVD沉積源11、RF-CVD沉積源12、IBD沉積源13、靶14、工作臺(tái)15、真空抽氣機(jī)組16和組合氣柜17。

實(shí)施例1和實(shí)施例2主要以CVD中的ECR-CVD方法和RF-CVD方法為例來進(jìn)行說明?？梢岳斫猓诒景l(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以采用其他CVD方法將光學(xué)材料沉積于石墨烯粉體或幾何立體結(jié)構(gòu)層的表面。

實(shí)施例1

如圖2和圖3所示：實(shí)施例1以CVD中的ECR-CVD方法制作一種LED照明用高反光散熱基板的制作方法如下：

實(shí)施例1選用單面拋光的0.2mm厚的氧化鋁陶瓷基材，在該陶瓷基材表面用納米壓印工藝制取有序排列的球體直徑為160nm的納米半球體結(jié)構(gòu)層，納米半球體點(diǎn)與點(diǎn)中間距為200nm。納米半球體結(jié)構(gòu)體的長度為700μm，寬度為800μm，高度為500nm。將單層片石墨烯粉體吸附于納米半球體結(jié)構(gòu)層的表面，并隨陶瓷基材固定在工作臺(tái)15上，使用ECR-CVD沉積源11以及使用組合氣柜17中的工作氣體CH₄、H₂來完成對陶瓷基材表面沉積0.1μm的類金剛石(DLC)薄膜。

一、系統(tǒng)進(jìn)料和抽高真空

將表面吸附60％分布密度的單層片石墨烯粉體的陶瓷基材固定于工作臺(tái)15上，關(guān)閉進(jìn)料門，啟動(dòng)真空抽氣機(jī)組16。待系統(tǒng)真空度達(dá)到1×10E-3Pa時(shí)，啟動(dòng)工作臺(tái)15并升溫至40℃、轉(zhuǎn)速60r.p.m。

二、基材表面ECR-CVD薄膜沉積

將真空室的工作真空用CH₄+H₂充至1.0×10E-1Pa，以CH₄+H₂作為DLC薄膜沉積用載氣，流量比CH₄:H₂＝8:2。采用ECR-CVD沉積將DLC薄膜沉積于單層片石墨烯粉體的表面，形成復(fù)合的石墨烯粉體薄膜層，在微波功率300W、沉積溫度40℃、沉積時(shí)間520秒的沉積條件下，即制成LED照明用高反光散熱基板。

實(shí)施例2

如圖2和圖3所示：實(shí)施例2以RF-CVD方法制作一種LED照明用高反光基板的制作方法如下：

實(shí)施例2選用1.0mm厚的單面拋光的鋁鈦合金基材，在基材表面用納米壓印工藝制取有序排列的、納米線寬為220nm、線與線間隔從100nm至500nm不等的同心幾何形環(huán)組成的240nm厚的立體結(jié)構(gòu)層。該立體結(jié)構(gòu)層的長度為300nm，寬度為200nm?；墓潭ㄔ诠ぷ髋_(tái)15上，使用RF-CVD沉積源12以及使用組合氣柜17中的工作氣體SiH₄、H₂、O₂來完成對基材表面沉積0.05μm的Si/SiO2交替層薄膜。

一、系統(tǒng)進(jìn)料和抽高真空

將鋁鈦合金基材固定于工作臺(tái)15上，關(guān)閉進(jìn)料門，啟動(dòng)真空抽氣機(jī)組16。待系統(tǒng)真空達(dá) 到2×10E-3Pa時(shí)，啟動(dòng)工作臺(tái)15并升溫至200℃、轉(zhuǎn)速45r.p.m。

二、基材表面RF-CVD薄膜沉積

將真空室的工作真空用SiH₄+H₂充至1.0×10E-1Pa，以SiH₄+H₂作為Si薄膜沉積用載氣，流量比SiH₄:H₂＝2:1。采用RF-CVD沉積將Si薄膜沉積于鋁鈦合金基材的表面，其中射頻功率為600W，沉積溫度為200℃，沉積時(shí)間為150秒。在同樣條件下切換反應(yīng)氣體流量比SiH₄:O₂＝2:1,沉積SiO₂膜層280秒。重復(fù)交替二次獲得Si/SiO₂/Si/SiO₂的高反射光學(xué)膜。對于500nm～600nm波長的光，該膜層的反射率達(dá)到98.5％～99.2％.

實(shí)施例3

如圖2和圖3所示：實(shí)施例3以IBD方法制作一種LED照明用高反光基板的制作方法如下：

實(shí)施例3選用實(shí)施例2中的納米壓印基材，將基材固定在工作臺(tái)15上，使用IBD沉積源13、磁控濺射SiO₂和Ta₂O₅靶14以及使用組合氣柜17中的工作氣體O₂、Ar來完成對基材表面交替沉積210nm的SiO₂薄膜和190nm的Ta₂O₅薄膜的組合膜層SiO₂/Ta₂O₅/SiO₂/Ta₂O₅。

一、系統(tǒng)進(jìn)料和抽高真空

將鋁鈦合金基材固定于工作臺(tái)15上，關(guān)閉進(jìn)料門，啟動(dòng)真空抽氣機(jī)組16。待系統(tǒng)真空達(dá)到2×10E-3Pa時(shí)，啟動(dòng)工作臺(tái)15并升溫至250℃、轉(zhuǎn)速45r.p.m。

二、基材表面IBD薄膜沉積

將真空室的工作真空用O₂充至1.0×10E-1Pa，以Ar作為IBD薄膜沉積用載氣，流量為Ar＝60sccm。采用IBD沉積將SiO₂/Ta₂O₅薄膜沉積于鋁鈦合金基材的表面，其中離子源射頻功率為650W，離子速加速柵極電壓為350V，磁控濺射靶14為磁控SiO₂和Ta₂O₅組合靶，沉積溫度為250℃，SiO₂的沉積時(shí)間為1000秒，Ta₂O₅的沉積時(shí)間為920秒。對于420nm～600nm波長的光，該膜層的反射率達(dá)到98.5％～99.5％。

實(shí)施例4

如圖2和圖3所示：實(shí)施例4以離子輔助電子槍蒸發(fā)鍍膜方法制作一種LED照明用高反光散熱基板的制作方法如下：

實(shí)施例4選用高透明厚度在7.0mm的光面聚碳酸酯(PC)基材，在PC基材表面用納米壓印工藝制取有序排列的球體直徑為160nm的納米半球體結(jié)構(gòu)層、納米半球體點(diǎn)與點(diǎn)中間距為200nm；或?qū)螌悠┓垠w吸附于納米半球體結(jié)構(gòu)層的表面，并隨基材固定在工作臺(tái)15上，使用離子輔助和電子槍分別沉積SiO₂和Ta₂O₅光學(xué)膜,以及使用組合氣柜17中的工作氣體O₂來完成對基材表面的交替沉積210nm的SiO₂和190nm的Ta₂O₅全反射光學(xué)薄膜。

一、系統(tǒng)進(jìn)料和抽高真空

將表面吸附30％或90％分布密度的單層片石墨烯粉體的高透明厚度在2.0mm的鏡面聚碳酸酯(PC)基材固定于工作臺(tái)15上，關(guān)閉進(jìn)料門，啟動(dòng)真空抽氣機(jī)組16。待系統(tǒng)真空度達(dá)到1×10E-3Pa時(shí)，啟動(dòng)工作臺(tái)15并保溫至60℃、轉(zhuǎn)速60r.p.m。

二、基材表面離子輔助電子槍蒸發(fā)鍍薄膜沉積

將真空室的工作真空用CH₄+H₂充至1.0×10E-1Pa，以O(shè)₂作為沉積SiO₂和Ta₂O₅光學(xué)薄膜用載氣。采用15KW電子槍蒸發(fā)SiO₂和Ta₂O₅，沉積速率控制在2～3A/Sec，輔助離子源功率在300w～800w之間調(diào)節(jié)，沉積溫度60℃，沉積時(shí)間900～1200秒，即制成LED照明用高反光散熱基板。對于500nm～600nm光波長，該膜層的反射率達(dá)到98.5％～99.2％。

因此，上述方法可充分利用納米壓印工藝來制作高反射光學(xué)膜層和/或利用單層片或多層片石墨烯的高導(dǎo)熱系數(shù)特性，最大化地提高對LED的電光轉(zhuǎn)換效率和/或散熱。所制成的基板同時(shí)具有良好的電光效率、耐候特性、高的導(dǎo)熱系數(shù)，是一種高效綠色環(huán)保的LED芯片基板。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)、變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。