CN103872225A - 一种带微镜结构的led照明用发光薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带微镜结构的LED照明用发光薄膜及其制备方法，涉及LED照明和显示技术领域。本发明用粘合剂、防沉剂、分散剂、消泡剂和荧光粉通过真空脱泡处理，制得荧光浆料；然后使用丝网工艺将荧光浆料印制基材上，制得荧光粉涂层；使用压印工艺在光学聚合物薄膜材料上制备出微镜图案，制得微镜结构薄膜；最后将微镜结构薄膜和荧光粉涂层进行粘合制得带微镜结构的LED照明用发光薄膜。本发明制备荧光粉涂层，工艺简单，薄膜层的厚度、图案形状、荧光粉含量容易控制；本发明的发光薄膜有效的提高了LED整灯的寿命，保证LED灯具具有更稳定的发光性能。
Description
技术领域
本发明涉及LED照明和显示技术领域，尤其涉及的是一种带微镜结构的LED照明用发光薄膜及其制备方法。
背景技术
半导体照明具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点，因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源，即绿色光源。荧光粉在白光LED应用中，最简单、最直接的方法是将荧光粉与胶混合后直接涂覆在LED芯片上，再在UV灯下固化。荧光粉层涂覆工艺及荧光涂层特性直接影响到白光LED的整体性能。直接涂层技术存在明显的结构缺陷，首先在这种荧光粉涂层中，从中心到边缘的涂层结构是非均匀的，无论手动或机器操作，同一批次的LED管之间，荧光粉层在形状上都会有一定的差异，很难控制涂层的均匀性和一致性，这就带来器件间有较大的色度差异；第二，由于涂层胶滴实际微观表面凹凸不平，当光线出射时就会形成白光颜色不均匀，导致局部偏黄或偏蓝的不均匀性光斑出现。
例如专利CN1764707A公开了一种发光膜、发光装置、发光膜的制造方法以及发光装置的制造方法，专利CN101186818公开了一种蓝紫光或蓝光激发的荧光体及制造方法与封装的白光二极管，这两个专利均采用荧光粉混合在树脂中涂覆在LED芯片上制成白色发光器件。这种方法制备出的白光发光器件很难保证亮度、色坐标、色温和显色性的一致性，并且由于荧光粉贴近芯片，受到热量的影响很容易引起老化，寿命降低。美国专利US6600175B1提及在白光LED封装中采用有机荧光、磷光材料，替代LED荧光粉进行封装，复合发出白光，只是单个器件的涂装，只能简单实现电光源，在面光源的应用上有一定难度。国际专利WO2007105853介绍了一种光致发光膜的制备方法，所釆用的发光材料为无机发光材料，该专利采用涂膜方式在基材膜上进行制备，制备出的光致发光膜与基材结合为一体、但专利中没有将微镜结构集成在发光薄膜中。
专利CN101443192A公开了一种光致发光板，为了保护基质树脂层，提高耐热性和耐湿性，该光致发光板优选采用PET聚酯膜为保护膜用于对荧光薄膜的保护，并设计出亮度增强型、色坐标增强型等不同结构，但这种薄膜在使用时同样需要使用透镜结构进行光场变换。中国专利CN101533882A介绍了一种白光LED荧光粉预制薄膜及其制备方法，采用的是丝网印刷的工艺进行制备，将加入荧光粉等并调节好粘度的有机硅树脂混合液印刷到基质上制成荧光粉预制薄膜，解决了点胶法涂覆荧光粉制备白光LED中存在的发光性能一致差的问题，提高了生产效率和白光LED照明器件寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种带微镜结构的LED照明用发光薄膜及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种带微镜结构的LED照明用发光薄膜的制备方法，其步骤如下：
（1）将质量百分数为60%-90%粘合剂、1%-3%防沉剂、0.1%-2%分散剂和0.1%-2%消泡剂加入配料容器中，在搅拌状态下加入5%-35%荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，使其浆料的粘度系数调整为200～600mPas，并进行真空脱泡处理，制得荧光浆料；
（2）对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；使用丝网工艺将（1）中制得的荧光浆料印制在干燥后的基材上，红外烘干，制得荧光粉涂层；
（3）取光学聚合物薄膜，其厚度控制在1-2mm，对其加热软化，再使用压印工艺在光学聚合物薄膜材料上制备出微镜图案，冷却干燥，制得微镜结构薄膜；
（4）将（3）中制得的微镜结构薄膜和（2）中制得的荧光粉涂层进行粘合。
所述的制备方法，步骤（1）中，荧光粉为铝酸盐荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉中的一种或两种的混合物；其粒度为3-12um。
所述的制备方法，步骤（1）中，粘合剂为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、或丙烯酸脂的一种和松油醇、丁基卡必醇、醋酸丁基卡必醇、柠檬酸三丁醣，二甲基硅油、乙基硅油的一种或多种混合组成；防沉剂为气相二氧化硅；分散剂为十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇或聚乙二醇；消泡剂为有机硅氧烷。
所述的基材为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚碳酸酯（PC）；其可见光的透过率在90%以上，其厚度为0.2-0.5mm。
所述的光学聚合物薄膜为聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或烯丙基二甘醇二碳酸脂（CR-39）；其可见光的透过率在90%以上。
所述的制备方法，步骤（4）中，粘合方式为微镜结构薄膜粘合在发光涂层面或基材面；当发光涂层在外面时，在发光涂层表面涂覆硅胶薄膜。
所述的制备方法制得的带微镜结构的LED照明用发光薄膜。
本发明有益效果为：（1）采用丝网印刷制备荧光粉涂层，工艺简单，薄膜层的厚度、图案形状、荧光粉含量容易控制，可按要求设计单个LED用和阵列LED用各种图案的荧光薄膜，可对发光薄膜的发光性能进行调控，容易与LED芯片进行匹配，制造出发光性能高度一致的发光光源。工艺一旦固化可使用成套设备进行批量生产，并能进行图案和颜色套印，提高了发光薄膜的生产效率，降低了生产成本。（2）采用本发明所述的荧光发光薄膜可直接制造LED灯珠、LED灯带、LED阵列模块和各种LED整灯，由于荧光发光薄膜与微镜集成在一起，可将该薄膜直接贴在LED芯片表面制成光源，由于荧光薄膜与芯片有一个微小的距离，芯片和荧光薄膜的散热性能更好，这样有效的提高了LED整灯的寿命，保证LED灯具具有更稳定的发光性能。
附图说明
图1是实施例1制备的带微镜结构的LED照明用发光薄膜结构；图中，1—PET基材，2—发光涂层，3—PC树脂微镜结构。
图2是实施例1制备的薄膜的发射光谱图。
图3是实施例2制备的带微镜结构的LED照明用发光薄膜结构；图中，1—PET基材，2—发光涂层，3—PC树脂微镜结构，4—保护硅胶。
图4是实施例3制备的带微镜结构的LED照明用发光薄膜结构；图中，1—PMMA基材，2—发光涂层，3—PMMA微镜结构。
图5是实施例4制备的带微镜结构的LED照明用发光薄膜结构；图中，1—PMMA基材，2—发光涂层，3—PMMA树脂微镜结构，4—保护硅胶。
图6是实施例5制备的带微镜结构的LED照明用发光薄膜结构；图中，1—PC基材，2—发光涂层，3—PMMA微镜结构。
图7是实施例6制备的带微镜结构的LED照明用发光薄膜结构；图中，1—PC基材，2—发光涂层，3—PMMA树脂微镜结构，4—保护硅胶。
图8是微镜阵列结构；图中，5—微镜
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）制备荧光浆料：选铝酸盐黄色荧光粉，粒度为3-12um。按质量比称取原料：荧光粉15%，粘合剂（环氧树脂60%，二甲基硅油20.0%），防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（十二烷基硫酸钠）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数400mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材PET，对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网工艺在基材PET上印制荧光浆料，红外烘干，制备荧光粉涂层；（4）使用PC树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在PC树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的PC树脂薄膜粘合在印有荧光粉涂层表面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜，其结构如图1所示。
微镜结构如图8所示，由阵列结构均匀组成，可以排成方形、长方形、圆形或其他图形，每行和每列的微镜个数根据应用情况来确定，行、列数通常在50多个以上。微镜为凸透镜、凹透镜。5-表示微镜阵列中的一个微镜，微镜尺寸为30-100um。
图2为实施例1制备的薄膜的发射光谱图，其中窄发射峰是LED芯片发出的波长为460nm左右的蓝光，该波长的光入射到本发明所述的发光薄膜后，发光薄膜发出图中所示的宽光谱的黄光，薄膜出射的黄光与LED芯片出射的部分蓝光混合，就获得照明所要求的白光。
实施例2
（1）制备荧光浆料：选铝酸盐黄色荧光粉，加适量氮化物红色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：黄的荧光粉12%，红色荧光粉3%，粘合剂（聚氨脂60%，松油醇10%、二甲基硅油10.0%），防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（十二烷基硫酸钠）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数500mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为PET，对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在PET基材上印制荧光浆料，红外烘干，制备荧光粉涂层，并在荧光粉涂层上涂上一层薄的保护硅胶；（4）使用PC树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在PC树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的PC树脂薄膜粘合涂有荧光粉涂层的PET基材背面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜，其结构如他3所示。荧光材料可以被蓝光LED所发出的光激发，发光出橙红色光。
实施例3
（1）制备荧光浆料：选硅酸盐黄色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：荧光粉30%，粘合剂（丙烯酸脂50%，乙基硅油）15%，防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（聚乙烯醇）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数为300mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为有机玻璃（PMMA）薄膜，对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在有机玻璃薄膜上印制荧光浆料，红外烘干，制得荧光粉涂层；（4）使用PMMA树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在PMMA树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的PMMA树脂薄膜粘合在涂有荧光粉涂层的表面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜，其结构如图4所示。
实施例4
（1）制备荧光浆料：选硅酸盐黄色荧光粉，加适量氮化物红色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：黄色荧光粉15%，红色荧光粉5%，粘合剂（丙烯酸脂60%，乙基硅油15%），气相二氧化硅（防沉剂）2%，分散剂（聚乙烯醇）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数为400mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为有机玻璃（PMMA）薄膜，对基材进进超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在有机玻璃薄膜上印制荧光浆料，红外烘干，制得荧光粉涂层，并在荧光涂上涂覆一层保护硅胶；（4）使用PMMA树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在PMMA树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的PMMA树脂薄膜粘合在涂有荧光粉涂层的PMMA基材背面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜，其结构如图5所示。
实施例5
（1）制备荧光浆料：选铝酸盐黄色荧光粉，加适量氮化物红色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：黄色荧光粉15%，红色荧光粉5%，粘合剂（有机硅树脂60%，乙基硅油15%），防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（聚乙二醇）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数500mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为聚碳酸酯（PC）薄膜，对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在PC薄膜上印制荧光浆料，红外烘干，制得荧光粉涂层；（4）使用PMMA树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在PMMA树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的PMMA树脂薄膜粘合在涂有荧光粉涂层的表面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜，其结构如图6所示。
实施例6
（1）制备荧光浆料：选铝酸盐黄色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：黄色荧光粉30%，粘合剂（有机硅树脂55%，乙基硅油10%），防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（聚乙二醇）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数300mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为聚碳酸酯（PC）薄膜，对衬底进超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在PC薄膜上印制荧光浆料，红外烘干，制得荧光粉涂层，并在发光层涂上一层保护硅胶；（4）使用PMMA树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在PMMA树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的PMMA树脂薄膜粘合在涂有荧光粉涂层的PC基材背面表面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜，其结构如图7所示。
实施例7
（1）制备荧光浆料：选铝酸盐黄色荧光粉，加适量氮化物红色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：黄色荧光粉20%，红色荧光粉5%，粘合剂（环氧树脂60%，二甲基硅油10.0%），防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（聚乙烯醇）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数为350mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为PET薄膜，对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在PET薄膜上印制荧光浆料，红外烘干，制得荧光粉涂层；（4）使用CR-39树脂薄膜，其厚度控制在1-2mm，加热软化，再使用压印工艺在CR-39树脂薄膜上制备出微镜图案，冷却干燥；（5）将制有微镜结构的CR-39树脂薄膜粘合在涂有荧光粉涂层的表面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜。
实施例8
（1）制备荧光浆料：选铝酸盐黄色荧光粉，粒度为3-12um，按质量比称取原料：黄色荧光粉15%，粘合剂（环氧树脂70%，二甲基硅油10.0%），防沉剂（气相二氧化硅）2%，分散剂（聚乙烯醇）2.5%，消泡剂（有机硅氧烷）0.5%；将配方中的液体原料加入配料容器中，在搅拌状态下加入荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，调整浆料的粘度系数为450mPas，并进行真空脱泡处理，得荧光浆料；（2）基材为PET薄膜，对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；（3）使用丝网印刷工艺在PET薄膜上印制荧光浆料，红外烘干，制得荧光粉涂层，并涂上一层保护硅胶；（4）将制有微镜结构的CR-39树脂薄膜粘合在涂有荧光粉涂层的表面，从而得到带微镜结构的LED照明用发光薄膜。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种带微镜结构的LED照明用发光薄膜的制备方法，其特征是，其步骤如下：
（1）将质量百分数为60%-90%粘合剂、1%-3%防沉剂、0.1%-2%分散剂和0.1%-2%消泡剂加入配料容器中，在搅拌状态下加入5%-35%荧光粉，搅拌均勾；搅拌时加入去离子水，使其浆料的粘度系数调整为200～600mPas，并进行真空脱泡处理，制得荧光浆料；
（2）对基材进行超声清洗，并放在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间1-2h；使用丝网工艺将（1）中制得的荧光浆料印制在干燥后的基材上，红外烘干，制得荧光粉涂层；
（3）取光学聚合物薄膜，其厚度控制在1-2mm，对其加热软化，再使用压印工艺在光学聚合物薄膜材料上制备出微镜图案，冷却干燥，制得微镜结构薄膜；
（4）将（3）中制得的微镜结构薄膜和（2）中制得的荧光粉涂层进行粘合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中，荧光粉为铝酸盐荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物荧光粉中的一种或两种的混合物；其粒度为3-12um。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（1）中，粘合剂为环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂、或丙烯酸脂的一种和松油醇、丁基卡必醇、醋酸丁基卡必醇、柠檬酸三丁醣，二甲基硅油、乙基硅油的一种或多种混合组成；防沉剂为气相二氧化硅；分散剂为十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇或聚乙二醇；消泡剂为有机硅氧烷。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述基材为聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯；其可见光的透过率在90%以上，其厚度为0.2-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述光学聚合物薄膜为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或烯丙基二甘醇二碳酸脂；其可见光的透过率在90%以上。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤（4）中，粘合方式为微镜结构薄膜粘合在发光涂层面或基材面；当发光涂层在外面时，在发光涂层表面涂覆硅胶薄膜。
7.根据权利要求1-6任一所述的制备方法制得的带微镜结构的LED照明用发光薄膜。
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