[發明專利]一種寬頻梯度LED熒光薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310178877.5
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103243318A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 李廷凱;李晴風;張擁軍;陳建國;唐冬漢;虞愛民;譚麗霞;李勇
• 申請（專利權）人: 湖南省科學技術研究開發院
• 主分類號: C23C20/08
• 分類號: C23C20/08;B22F9/24;C09K11/80;C09K11/59
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及LED固態照明系統及其應用，特別是寬頻梯度LED熒光薄膜的設計及其制備方法。

背景技術

自1962年通用電氣公司的尼克·何倫亞克（Nick?Holonyak?Jr.）開發出第一種實際應用的可見光發光二極管LED，特別是上世紀九十年代末第三代半導體材料GaN技術的突破引發的照明領域的第三次革命以來，經歷50年的發展，LED因具有體積小、高亮度、耗電量低（白熾燈泡的1/8至1/10，節能熒光燈的1/2）、壽命長（12萬小時以上）、高效率、低熱量、環保（無Hg、Pb等污染）、可低壓低電流啟動、響應快、抗震耐沖、可平面封裝、易開發成超薄短小產品等系列優點，已廣泛應用在建筑景觀照明，大屏幕顯示，交通信號燈，指示燈，電視機、手機及數碼相機等用大小尺寸背光源，太陽能LED照明，汽車照明，特種照明及軍用等諸多領域。同時LED燈正在取代傳統的白熾燈、節能熒光燈等成為新一代節能、經濟環保型照明燈，被譽為21世紀綠色光源。

發光二極管（LEDs）是將電能轉換為光的固態設備，一般包括一個或多個量子阱夾在兩個相反摻雜層的p-型和n-型半導體材料之間。當偏壓施加在兩個摻雜層上時，空穴和電子被注入到量子阱中，他們在那里激發復合并產生光。這些光從所述LED的量子阱和所有表面發射出來。

通常，LED不能從它們的量子阱激發直接產生的白光。從LED藍色光轉換為白色光，需要通過LED的藍色光與周圍的黃色熒光材料，聚合物或染料發出的黃光相結合。例如，一個典型的熒光材料是鈰摻雜的釔鋁石榴石（YAG：Ce熒光材料）[查看日亞化學公司的白色LED型號NSPW300BS，NSPW312BS等;Cree.RTM公司,EZBright.TM的發光二極管及美國專利US5959316等]。這些熒光材料在LED的藍色光的激發下，產生黃色光。LED的一些的藍色光通過熒光體不變，而大量的藍色光被熒光材料吸收，變頻為黃色光。LED發出的藍色光和熒光材料被激發黃色光相結合，形成了白光。為了提高白光的顯色指數，藍色LED也可以與綠色和紅色熒光材料相結合，或與黃色和紅色熒光材料相結合形成類似陽光的白光。另一種方法從通過LED紫色光或紫外光激發其周圍的多色（紅，綠，藍）熒光材料而形成白色光。此外，三色LED（紅，綠，藍）組合也可形成白光。由于綠色LED的發光效率較低，通常使用四個LED（一紅，二綠，一藍）來形成白光，只是價格昂貴。

目前最常規方法是把熒光材料層涂在LED上：先把熒光材料與環氧樹脂或有機硅聚合物相混合，然后用注射器或噴嘴把它們涂敷在LED器件上。然而，使用這種方法，非常難以控制的熒光材料層的幾何形狀和厚度。其結果是，從LED的不同的角度發射出來的光通過轉換材料時不同量，這樣會導致作為LED的視角函數為非均勻色溫。由于使用上述方法很難控制熒光材料層的幾何形狀和厚度，因此，同批次的白色LEDs很難重復制造和保持同樣的性能。

用于涂覆的LED的另一種傳統的方法是采用模板技術[歐洲專利申請EP?1198016A2]。多個LED器件被布置在基板上，各相鄰的LED之間保持適當的距離。模版提供了具有與LED對齊的開孔，其孔徑略大于LED器件尺寸和模版比LED器件稍厚。這模版被定位在襯底上，使每一個開孔與每一個的LED相對應。然后，把熒光材料與有機硅聚合物混合并沉積在模具的開口部來覆蓋每一個LED器件。填充孔后，熒光材料與有機硅聚合物，可以通過熱或光來固化。

上述的注射器方法和的模板技術，都難以控制熒光體材料的幾何形狀和厚度。使用模板，熒光體材料可能不完全填充，導致LED上的熒光體材料分布不均勻。含有的熒光體的組合物還可能粘在模板上，從而使涂覆在LED上熒光材料的量減少。模板上孔的開口部也可能未對齊LED器件。這些問題都可能會導致LED具有非均勻的色溫度和同批次的白色LEDs是很難重復制造和保持同樣的性能。

如果能在LED器件上直接鍍上熒光材料薄膜，或在LED燈罩襯片上沉積均勻的熒光材料薄膜，將獲得各向均勻的色溫度.同時高性能的白色LEDs能夠制造和大批量生產，且保持同樣的性能。特別是如果能在LED器件上直接鍍上寬頻梯度的各色（紅綠藍）熒光材料薄膜，或在LED燈罩襯片上沉積均勻的多色（紅綠藍等）熒光材料薄膜，則可以制備出具有高光電轉化率和高顯色指數即近似陽光的白色LED器件。

目前，LED熒光粉的制備方法主要有高溫固相合成法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、均勻沉淀法、燃燒合成法、噴霧熱解法等，各方法的差異主要體現在如何獲得性能好的前驅體（Precursor）方面，其優缺點見表1。