CN107799644A - 一种点胶工艺及其在制备全彩显示用背光源中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种点胶工艺及其在制备显示设备背光源中的应用。所述制造LED发光单元的点胶工艺包括以下步骤：配制光致发光组合物；将所述光致发光组合物与胶液混合均匀，制成封装胶体；将所述封装胶体涂覆在LED芯片上，制成LED发光单元。其中，所述光致发光组合物中包括至少一种有机光致发光材料，且所述有机光致发光材料能够完全溶解于胶液中。该点胶工艺采用全部或部分有机光致发光材料替代无机荧光粉，且能够在封装用胶液中发生溶解，如此使得光致发光材料在胶液中分子级别均匀分散，且胶体在存放及使用过程中一直保持均相，因而由有机光致发光材料制备的LED灯珠的光效与光谱完全一致的，从而可以有效降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种点胶工艺及其在制备显示设备背光源中的应用。
背景技术
自从白炽灯发明至今，电光源技术的发展已经有100多年的历史。其中，发光二极管(Light emitting diode，LED)技术具有功耗低、寿命长、回收容易等优势，被公认为未来的最佳光源，在照明领域以及平面显示领域赢得了市场和消费者的青睐。过去几十年，随着LED材料及封装技术的不断进步，LED产品亮度不断提高，应用越来越广泛。
LCD是当前应用最广泛的平面显示技术，对于目前常用的LCD显示屏，如手机、电视屏幕等等，其背光源一般由LED所提供。传统的白光LED背光源器件以及基于白光LED的发光模块均采用封装结构。一般来说，封装的功能在于提供芯片足够的保护，防止芯片在空气中长期暴露或机械损伤而失效，以提高芯片的稳定性；对于LED封装，还需要具有良好光取出效率和良好的散热性，好的封装可以让LED具备更好的发光效率和散热环境，进而提升LED的寿命。
点胶是白光LED封装结构制备的关键环节，半导体材料的发光机理决定了单一的LED芯片无法发出连续光谱的白光，因此工艺上必须混合两种以上互补色的光而形成白光，目前实现白光LED的方法主要有三种：蓝光LED+YAG黄色无机荧光粉，RGB三色LED，紫外LED+多色无机荧光粉，而白光LED的实现都是在点胶环节。荧光粉在胶液中保持良好均匀的分散是白光LED器件一致性的保证。
现有的点胶工艺是将所需的无机荧光粉与胶液混合均匀，之后采用涂覆或者滴胶的方式将其覆盖于LED芯片上。但是，目前工业上所采用的上述点胶方式容易引起如下问题：
第一，现有白光LED中所使用的无机荧光粉，其大小在微米级别，尺寸均一度差，从几微米到几十微米。将无机属性的荧光粉与高分子胶液混合后，微米级的无机颗粒很难均匀分散在胶液中。
第二，即便混合均匀，由于微米级荧光粉自身重力的问题，无机荧光粉与封装用的胶液的混合属于固液两项混合，是不稳定体系。在胶液储存中或者胶液固化过程中会发生严重的沉降以及结块团聚问题，导致上层荧光粉颗粒稀疏，而下层荧光粉颗粒严重堆积，如附图1所示。因此由同一批混匀的封装胶体制备的灯珠的光效与光谱并不是完全一致，导致一些次品产生，因此胶体固化后需要对灯珠实行筛选分级。这样的体系既增加了工艺流程的复杂性，又显著增加了产品的成本。
第三，无机荧光粉在胶液中所占的比例达到30％左右，且所使用的无机荧光粉一般以稀土元素为发光中心，价格较高，不但在灯珠的成本构成中占有相当的比例，更使得其难以在胶液中良好分散。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种LED点胶工艺，该点胶工艺采用全部或部分有机光致发光材料替代无机荧光粉，该有机光致发光材料能够在封装用胶液中发生分子级别的溶解，如此使得光致发光材料在胶液中能够在分子级别均匀分散，且胶体在存放及使用过程中一直保持均相，因而由有机光致发光材料制备的LED灯珠的光效与光谱完全一致的，从而可以有效降低成本。
本发明的第二个目的在于提供如上所述的点胶工艺在制备显示设备背光源中的应用。
采用本发明技术方案所得到的LCD显示设备能够覆盖整个NTSC色域，使得色彩还原度和色纯度大幅提升，并且有效减少了光源中大量对人类视力产生严重损害的短波长蓝光。
本发明采用如下的技术方案：
一种制造LED发光单元的点胶工艺，包括以下步骤：
1)配制光致发光组合物；
2)将所述光致发光组合物与胶液混合均匀，制成封装胶体；
3)将所述封装胶体涂覆在LED芯片上，制成LED发光单元；
其中，
所述光致发光组合物中包括至少一种有机光致发光材料，且所述有机光致发光材料能够完全溶解于胶液中；
所述LED芯片是蓝光LED芯片；
所述胶液为可以在90～180℃温度范围内固化的胶体，例如可以选自环氧树脂、硅胶等。
优选地，
所述光致发光组合物中还包括无机荧光粉；
所述蓝光LED芯片的发射波长大于460nm；
所述机光致发光材料的吸收波长大于460nm；
所述光致发光组合物的发光原理为荧光发光和/或磷光发光；
所述光致发光组合物中包括至少一种有机绿光光致发光材料和至少一种有机红光光致发光材料；
所述光致发光组合物中包括至少一种有机绿光光致发光材料和至少一种无机荧光粉；
所述有机红光光致发光材料的发光峰值波长为605～635nm，半峰宽≤30nm；
所述有机绿光光致发光材料的发光峰值波长为515～545nm，半峰宽≤30nm；
所述有机红光光致发光材料的吸收波长为530～590nm；
所述有有机绿光光致发光材料的吸收波长为450～470nm。
进一步优选地，
所述无机荧光粉选自激发波长在530～560nm的无机绿色荧光粉、激发波长在610～650nm无机红色荧光粉中的一种或几种；
所述无机荧光粉可以选自硅酸盐、氟硅酸盐、氯硅酸盐、铝酸盐、氮氧化物、氮化物、钨酸盐、钼酸盐、硫氧化物等系列荧光粉，优选为硅酸盐系列荧光粉等，
在一优选实施例中，
所述的无机荧光粉选自氟硅酸盐红色Y3.5Eu0.83(SiO4)3F、氟硅酸盐红色荧光粉Y3.13Eu1.2(SiO4)3F、硅酸盐红色荧光粉Li2Mg0.07Eu0.03SiO4、硅酸盐红色荧光粉Li2Mg0.999Eu0.001SiO4、硅酸盐红色荧光粉Li2Mg0.99Eu0.01SiO4、硅酸盐红色荧光粉Li2Mg0.995Eu0.005SiO4、硅酸盐红色荧光粉Li2Mg0.95Eu0.05SiO4、绿色荧光粉CeMgAl11O19：Mn2+等。
有机绿光光致发光材料可以为(E)-4-((氰基苯亚甲基)氨基)苯甲酸、2,7-二(4-吡啶基)-9-芴酮、4,7-二(3,5-二叔丁基苯基)-2,1,3-苯并噻二唑、N,N'-二甲基-喹吖啶酮或2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-10-(2-苯并噻唑基)-喹嗪并[9,9A,1GH]香豆素中的一种或几种；
有机红光光致发光材料可以为红荧烯、4-二氰甲烯基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H-吡喃、CuI(2-PBO)(TXP-2，5)(式中TXP-2，5为电中性含P配体三(2，5-二甲苯基)膦；2-PBO为电中性杂环配体2-(2-苯并噁唑)吡啶)、CuI(2-PBO)(PPh2Cy)(式中PPh2Cy为电中性含P配体二苯基环己基膦；式中2-PBO为电中性杂环配体2-(2-苯并噁唑)吡啶)、(CuIL)n(式中L为电中性杂环配体4-(2-苯并噁唑)吡啶)中的一种或几种；
在一优选实施例中，
所述步骤1)中，
在将所述有机光致发光材料与胶液混合前，还包括对所述有机光致发光材料进行提纯、粉体制备的步骤；
所述胶液与有机光致发光材料的质量比优选为1:(0.00001～0.0009)；
所述胶液、有机光致发光材料、无机荧光粉的质量比优选为1:(0.00001～0.0009):(0.15～0.4)；
所述步骤2)中，所述搅拌的时间为0.1～2小时；
所述步骤3)中，烘烤固化的温度为90～160℃，时间为1～5h。
本发明还公开了一种如上所述的点胶工艺在制备LCD显示设备背光源中的应用；
所述LCD显示设备的背光源包括PCB板和设置于PCB板上的多个LED发光器件，每一个所述LED发光器件都包括如上所述的点胶工艺制备的LED发光单元。
在一优选实施例中，
所述光致发光组合物的组成包括：胶液、有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮、无机红光荧光粉氟硅酸盐Y3.5Eu0.83(SiO4)3F，
进一步优选地，胶液、有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮、无机红光荧光粉氟硅酸盐Y3.5Eu0.83(SiO4)3F的质量比为1:(0.00001～0.002):(0.15～0.4)。
有益效果
1、光致发光组合物的光谱多样性强。
本发明点胶工艺中的封装胶体的色彩和吸收光谱可任意调整，不同色彩的光致发光材料可任意混配，并调整浓度和颜色，从而得到需要的LED光谱。
2、优秀的芯片适配性。
国际市场上主流的芯片是440nm和450nm芯片，与传统无机荧光粉对应性非常强。而本发明点胶工艺中的光致发光组合物对440nm、450nm、460nm、470nm等芯片都可以适配，并且可以通过调整荧光粉中的含量和不同工艺制程，实现对LED光谱的可调和定制。
3、健康光源。
相比于传统的白光LED，本发明的点胶工艺制备得到的照明设备，提高了色纯度和光谱宽度，具有更高的显色指数和较低的蓝光污染，真正实现健康光源。
4、高色纯度和透光率。
相比于传统的LED背光源，本发明的点胶工艺制备得到的LED背光源，具有更高的色纯度、光效和亮度。其中高色纯度也使其对于LCD滤光片的透过率得到提升。和国际目前领先水平(苹果6的触摸屏的LED背光源)相比，该背光源的透光率提升了25％以上。
5、高光效、低能耗
相比传统LED，本发明的点胶工艺制备得到的LED发光单元由于光谱更宽、分布更平衡，因此在在相同功率下可以得到更高的亮度，具有更高的发光效率。根据测试，在相同亮度条件下，其能耗比传统LED可以节省15％～50％。
6、低成本。
本发明点胶工艺对荧光粉的用量相比常规LED可以降低一千倍以上，该水平属于世界第一。通过该核心技术，可以使得LED整体价格下降30％以上。
同时气点胶工艺比较简单，生产成本相对可控。
7、性能相对稳定
本发明点胶工艺采用全部或部分有机光致发光材料替代无机荧光粉，该有机光致发光材料能够在封装用胶液中发生分子级别的溶解，如此使得光致发光材料在胶液中能够在分子级别均匀分散，且胶体在存放及使用过程中一直保持均相，因而该工艺制备的LED灯珠的光效与光谱完全一致的，产品均一性佳，性能更加稳定。
附图说明
图1示出了采用现有技术中的点胶工艺制备得到的白光LED光源的传统封装结构；
其中，1-发光杯、2-封装胶体、3-无机荧光粉、4-PCB板、5-LED芯片；
图2示出了采用本发明的点胶工艺制备得到的白光LED光源的封装结构；
其中，1-发光杯、2-封装胶体、3-无机荧光粉、4-PCB板、5-LED芯片，6-有机光致发光材料。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的防伪方法及系统进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的防伪方法及系统的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述内容。
实施例1
一种制造LED发光单元的点胶工艺，包括以下步骤：
1)配制光致发光组合物；
2)将所述光致发光组合物与胶液混合均匀，制成封装胶体；
3)将所述封装胶体涂覆在LED芯片上，制成LED发光单元。
其中，所述光致发光组合物中包括至少一种有机光致发光材料，且所述有机光致发光材料能够完全溶解于胶液中。
优选地，所述有机光致发光材料选自有机发光小分子、发光聚合物或者有机发光配合物。
优选地，所述光致发光组合物中还包括无机荧光粉。
优选地，所述LED芯片是蓝光LED芯片。
优选地，所述蓝光LED芯片的发射波长大于460nm。
优选地，所述机光致发光材料的吸收波长大于460nm。
优选地，所述光致发光组合物的发光原理为荧光发光和/或磷光发光。
优选地，在将所述有机光致发光材料与胶液混合前，还包括对所述有机光致发光材料进行提纯、粉体制备的步骤。
实施例2
点胶工艺在制备显示设备背光源中的应用：
一种LED发光单元，包括LED芯片和设置在其上方的光致发光胶体层，该LED发光单元是采用如实施例1所述的点胶工艺制备得到的。
优选地，所述光致发光组合物中包括至少一种有机绿光光致发光材料和至少一种有机红光光致发光材料。
优选地，所述光致发光组合物中包括至少一种有机绿光光致发光材料和至少一种无机红光荧光粉。
一种基于LED的背光模块，包括背板、设置于所述背板上的背光源，和设置于所述背光源上方的扩散板，所述背光源包括PCB板和设置于PCB板上的多个LED发光单元。
一种LCD显示设备，包括LCD面板、基于LED的背光模块和驱动IC，其中，
所述基于LED的背光模块包括背板、设置于所述背板上的背光源，和设置于所述背光源上方的扩散板，
所述背光源包括PCB板和设置于PCB板上的多个LED发光单元，每一个所述LED发光单元都包括LED芯片和设置在其上方的光致发光胶体层。
实施例3
点胶工艺中所用到原料为有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮，有机荧光红光材料红荧烯，胶液KMT-2091环氧树和脂硅胶6301。
具体比例为：红荧烯1g，N,N'-二甲基-喹吖啶酮3g，KMT-2091环氧树6kg，脂硅胶6301 2kg。
点胶步骤如下：
红荧烯，N,N'-二甲基-喹吖啶酮，KMT-2091环氧树和脂硅胶6301经过2小时充分搅拌，均匀混合，制成封装胶体。
采用点胶机将混合后的封装胶体定量涂抹在460nm蓝光LED芯片之上。
将LED芯片送入恒温烘箱(温度150℃)，3小时之后，封装胶体完全固化。
实施例4
点胶工艺中所用到原料为有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮，有机荧光红光材料4-二氰甲烯基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H-吡喃，胶液KMT-2091环氧树和脂硅胶6301。
具体比例为：4-二氰甲烯基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H-吡喃1g，2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-10-(2-苯并噻唑基)-喹嗪并[9,9A,1GH]香豆素3g，KMT-2091环氧树6kg，脂硅胶6301 2kg。
点胶步骤如下：
4-二氰甲烯基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定-4-乙烯基)-4H-吡喃，2,3,6,7-四氢-1,1,7,7-四甲基-1H,5H,11H-10-(2-苯并噻唑基)-喹嗪并[9,9A,1GH]香豆素，KMT-2091环氧树和脂硅胶6301经过2小时充分搅拌，均匀混合，制成封装胶体。
采用点胶机将混合后的封装胶体定量涂抹在460nm蓝光LED芯片之上。
将LED芯片送入恒温烘箱(温度150℃)，3小时之后，封装胶体完全固化。
实施例5
将液态的胶液KMT-1270硅胶、有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮、无机荧光粉氟硅酸盐红色Y3.5Eu0.83(SiO4)3F按质量比1:0.0005:0.40经过2小时充分搅拌，均匀混合，制成封装胶体。
采用点胶机将混合后的封装胶体定量涂抹在460nm蓝光LED芯片之上。
将LED芯片送入恒温烘箱(温度150℃)，4小时之后，封装胶体完全固化。
实施例6
将液态的胶液KMT-1270硅胶、有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮、无机荧光粉氟硅酸盐红色Y3.5Eu0.83(SiO4)3F按质量比1:0.0005:0.40经过2小时充分搅拌，均匀混合，制成封装胶体。
采用点胶机将混合后的封装胶体定量涂抹在460nm蓝光LED芯片之上。
将LED芯片送入恒温烘箱(温度150℃)，4小时之后，封装胶体完全固化，得LED发光单元。
一种基于LED的背光模块，包括背板、设置于所述背板上的背光源，和设置于所述背光源上方的扩散板，所述背光源包括PCB板和设置于PCB板上上述所得的多个LED发光单元。
对比例1
所述有机红光光致发光材料为氟硅酸盐红色Y3.5Eu0.83(SiO4)3F；其发射波长为617nm。
所述无机绿光荧光粉为Li2Ca1.995Si2O7:Eu0.005,@Ag0.00025(@表示包覆，其制备方法参见中国专利申请201310090136.1)；其发射波长为540nm。
其余试剂、比例和实验步骤参照实施例6实施，得对比例LED背光源。
分别测试对比例和实施例6的制备的OFED背光源，测试数据见下表1。
表1对比例LED背光源与本发明实施例6制备的OFED背光源的效果对比
对比可以发现，一方面，由于在封装胶体中引入了发光组合物，而发光组合物中至少包含一种有机光致发光材料，或者其与其他发光材料进行复配。由于有机光致发光材料的高光效，使得其添加量非常少，甚至能够将使用量降低到无机荧光粉用量的千分之一。
另一方面，本发明的点胶工艺中所选取的有机光致发光材料，能够与封装用胶液在分子级别溶解并均匀分散，且胶体在存放及使用过程中一直保持均相，如附图2所示。因而由该工艺制备的灯珠的光效与光谱完全一致的，产品均一性佳，免除了分拣工艺。从而可以进一步降低成本，使得LED成品整体价格下降30％以上。
采用本发明的点胶工艺制备得到的LCD显示设备背光源，由于在封装的胶体中掺杂了发光组合物，而发光组合物中选择的有机光致发光材料多种多样，完全可以根据实际需要任意调节封装结构中所加入的有机发光材料的种类、添加量、配比和组合，甚至根据需要不同色彩的有机光致发光材料和无机荧光粉可任意混配，并调整浓度和颜色，以令最终发光材料组合物尽可能多的吸收蓝光LED芯片的发射光谱，减少能量损失，并调整发射光谱的波长范围，进而获得多光谱组分的发光体，进一步打造适合LED背光模组的光谱以及高显色指数的白光光谱。
另外，引入有机光致发光材料后，本发明特殊的光致发光组合物不仅对通用的440nm、450nm芯片有良好吸收，更是对460nm、470nm等≥460nm的芯片都可以适配，并且可以通过调整发光材料的含量、种类以及组合配比，实现对LED光谱的可调和定制，极大的减少了传统的短波蓝光对人眼的伤害。
以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进。这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种制造LED发光单元的点胶工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)配制光致发光组合物；
2)将所述光致发光组合物与胶液混合均匀，制成封装胶体；
3)将所述封装胶体涂覆在LED芯片上，制成LED发光单元；
其中，
所述光致发光组合物中包括至少一种有机光致发光材料，且所述有机光致发光材料能够完全溶解于胶液中。
2.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：所述有机光致发光材料选自有机发光小分子、发光聚合物或者有机发光配合物。
3.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：所述光致发光组合物中还包括无机荧光粉。
4.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：所述LED芯片是蓝光LED芯片。
5.根据权利要求4所述的点胶工艺，其特征在于：所述光致发光组合物在蓝光LED芯片的激发下，能够发射出红光和绿光；所发射出的红光峰值为515-545nm，半峰宽为10-30nm；所发射出的绿光峰值为605-635nm，半峰宽为10-30nm。
6.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：所述蓝光LED芯片的发射波长为460-470nm。
7.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：所述机光致发光材料的吸收波长大于460nm。
8.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：所述光致发光组合物的发光原理为荧光发光和/或磷光发光。
9.根据权利要求1所述的点胶工艺，其特征在于：在将所述有机光致发光材料与胶液混合前，还包括对所述有机光致发光材料进行提纯、粉体制备的步骤。
10.如权利要求1-9任一所述的点胶工艺在制备显示设备背光源中的应用。
11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于：所述光致发光组合物中包括至少一种有机绿光光致发光材料和至少一种有机红光光致发光材料。
12.根据权利要求10所述的应用，其特征在于：所述光致发光组合物中包括至少一种有机绿光光致发光材料和至少一种无机红光荧光粉。
13.根据权利要求10所述的应用，其特征在于：所述光致发光组合物的组成包括：胶液、有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮、无机红光荧光粉氟硅酸盐Y3.5Eu0.83(SiO4)3F，其中，胶液、有机荧光绿光材料N,N'-二甲基-喹吖啶酮、无机红光荧光粉氟硅酸盐Y3.5Eu0.83(SiO4)3F的质量比为1:(0.00001～0.002):(0.15～0.4)。
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