CN110098305A - 一种白光led器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光LED器件及其制造方法，所述白光LED器件包括LED芯片和封装所述LED芯片的发光膜，所述发光膜为包括蓝光膜、绿光膜和红光膜的多层结构，单层发光膜包括聚合物基体及分散在聚合物基体中能够发出相应颜色光的有机金属配合物，分散在蓝光膜中的有机金属配合物为Zn(BTZ)2，分散在绿光膜中的有机金属配合物为Tb(AcAc)3Phen，分散在红光膜中的有机金属配合物为Eu(TTA)3Phen。本发明以有机金属配合物作为发光材料，利用其在有机溶剂中良好溶解性，使其能够在发光膜中均匀分散，克服了传统无机荧光粉固体颗粒在有机封装胶中分散困难导致器件发光不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种白光LED器件及其制造方法。
背景技术
聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)广泛应用于建筑、包装、保温、防水等领域。EPS具有抗老化、抗腐蚀的特点，废弃EPS对环境污染严重，是“白色污染”的主要来源。回收再利用不仅可解决废弃EPS环境污染问题，且可使资源可持续发展。回收再利用技术水平的不断提升是保证废弃资源高值化再生的关键。
白光LED因其高效、节能、寿命长、无污染、可靠性高等优点，被誉为第四代绿色照明光源。近紫外白光LED由紫外光芯片激发红、绿、蓝三基色混合荧光粉发光获得白光，具有不受激发光影响、显色指数高、色彩再现力强的特点。目前白光LED器件的封装主要采用荧光粉与封装树脂物理混合，通过点胶的方式将混合胶涂覆在芯片表面，再进行封装固化。荧光粉在封装胶中分散的均匀性以及涂胶厚度的一致性和均匀性直接影响器件的亮度、色度等关键性能。为保证器件发光性能的一致性，对荧光粉的分散和点胶技术要求较高。
中国发明专利CN101533882和CN103165797公开了采用丝网印刷法制备荧光粉预制薄膜的方法(即将荧光粉与硅胶或环氧树脂混合后采用丝网印刷法制备荧光膜)，并将荧光膜通过贴膜或压合的封装方式制作LED器件。中国发明专利CN105244427公开了一种采用绿光和蓝光碳量子点以及红光无机荧光粉提供三基色成分，与有机硅胶树脂混合涂膜制作发光膜，并将发光膜通过“贴片式”封装方法制作成近紫外白光LED器件的方法。与传统的点胶封装方法相比，荧光膜封装制作器件的方法省去了技术要求较高的点胶工艺过程，荧光薄膜厚度、大小和荧光粉含量可控性更好。但因上述工艺中采用的无机荧光粉与有机封装树脂间自身性质的差异导致二者相容性相对较差，荧光粉在封装树脂中的分散性影响了器件的发光稳定性。
发明内容
本发明提供了一种发光材料分散均匀的LED器件，解决了传统无机荧光粉在封装树脂中分散不均匀的问题。
一种白光LED器件，包括LED芯片和封装所述LED芯片的发光膜，所述发光膜为包括蓝光膜、绿光膜和红光膜的多层结构，单层发光膜包括聚合物基体及分散在聚合物基体中能够发出相应颜色光的有机金属配合物，分散在蓝光膜中的有机金属配合物为Zn(BTZ)2，分散在绿光膜中的有机金属配合物为Tb(AcAc)3Phen，分散在红光膜中的有机金属配合物为Eu(TTA)3Phen。
其中TTA为2-噻吩甲酰三氟丙酮、AcAc为乙酰丙酮，Phen为1,10-邻菲罗啉，BTZ为2-(2-羟基苯基)苯并噻唑。
优选的，所述单层发光膜的厚度为0.1～0.8mm。
优选的，所述有机金属配合物在单层发光膜中的重量百分比含量为0.1～10％。
三种有机金属配合物的比例应保证LED器件最终发出的光为白光，优选的，三种有机金属配合物的摩尔比为Zn(BTZ)2:Tb(AcAc)3Phen:Eu(TTA)3Phen＝0.3:1:0.008。
为了实现聚合物和有机金属配合物更好的融合，所述聚合物基体优选为聚苯乙烯。
从环保角度考虑，所述聚苯乙烯经由废弃聚苯乙烯泡沫回收得到。
可以采用如下回收方法，将聚苯乙烯泡沫破碎，溶解于溶剂中，将该溶液加入沉降剂中，抽滤收集沉淀物，真空干燥得到聚苯乙烯。
所述真空干燥的工艺条件为：温度60～100℃，时间8～12h。
所述LED芯片为紫外LED芯片，要实现本发明器件发光，所述LED芯片能够发出波长为365nm的紫外光。
本发明还提供了所述LED器件的制造方法，包括以下步骤：(1)分别制取蓝光膜、红光膜和绿光膜；(2)用所述蓝光膜、红光膜和绿光膜叠置封装于所述LED芯片上，制得所述LED器件。
单层发光膜的制备方法包括：(a)将聚合物基体溶解在有机溶剂中，获得聚合物溶液；(b)将有机金属配合物溶解在有机溶剂中，获得有机金属配合物溶液；(c)将聚合物溶液和有机金属配合物溶液混合，涂覆在基片上，干燥获得单层发光膜。
所述干燥的工艺条件为：温度50～120℃，时间8～16h。
本发明以有机金属配合物作为发光材料，利用其在有机溶剂中良好溶解性，使其能够在发光膜中均匀分散，克服了传统无机荧光粉固体颗粒在有机封装胶中分散困难导致器件发光不稳定的问题。
本发明采用贴膜封装工艺，相对于点胶封装工艺更加简化，且发光膜形状和厚度可控，利于保证器件发光的一致性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的回收聚苯乙烯的红外谱图。
图2为本发明实施例1制备的回收聚苯乙烯的核磁氢谱。
图3为本发明实施例2制备的红光聚合物膜样品照片。
图4为本发明实施例2制备的红光聚合物膜样品在365nm紫外光照射下的发光照片。
图5为本发明实施例2制作的红光LED器件通电下的发光照片。
图6为本发明实施例3制备的绿光聚合物膜样品在365nm紫外光照射下的发光照片。
图7为本发明应用例3制作的绿光LED器件通电下的发光照片。
图8为本发明实施例4制备的蓝光聚合物膜样品在365nm紫外光照射下的发光照片。
图9为本发明实施例4制作的蓝光LED器件通电下的发光照片。
图10为本发明实施例5制作的白光LED通电下的发光照片。
具体实施方式
实施例1
称取8g废弃聚苯乙烯泡沫塑料碎块，溶解在320ml二氯甲烷中，在乙醇中沉降，抽滤，在80℃真空干燥12h，得回收聚苯乙烯。
附图1为回收聚苯乙烯的红外谱图，3060cm-1和3025cm-1处的峰归属于聚苯乙烯苯环上C-H键的伸缩振动吸收，2920cm-1和2850cm-1处的吸收峰可归属于CH2的C-H键的伸缩振动，1600cm-1、1492cm-1和1449cm-1处的峰可归属为聚苯乙烯苯环骨架的伸缩振动吸收。
附图2为回收聚苯乙烯的核磁氢谱。7.078ppm和6.573ppm处的峰归属于聚苯乙烯苯环上氢质子化学位移，1.826ppm和1.419ppm处的峰归属于聚苯乙烯大分子主链结构中氢质子的化学位移。上述结果证实由废弃聚苯乙烯泡沫塑料经过简单的回收处理获得了较纯的聚苯乙烯。
实施例2
按摩尔比为1:3:1的比例将六水合硝酸铕或六水合氯化铕、2-噻吩甲酰三氟丙酮、1,10-邻菲罗啉溶解于无水乙醇中，混合均匀，采用氢氧化钠溶液调混合溶液的PH值至7，将混合液加热至60℃，反应4h，抽滤，洗涤，干燥，得铕配合物(Eu(TTA)3Phen)。
称取0.75g实施例1制备的回收聚苯乙烯，溶解于5mlN,N-二甲基甲酰胺中，再称取0.0021g铕配合物(Eu(TTA)3Phen)，溶解于0.21mlN,N-二甲基甲酰胺中，将上述两种溶液混合均匀，涂覆于干净的载玻片上，在60℃的鼓风干燥箱中烘干12h，得红光聚合物膜。
附图3为制得的红光聚合物膜样品照片。可以看出，膜均匀透明，表明铕配合物均匀分散在了聚苯乙烯基体中。附图4为红光聚合物膜在365nm紫外光照射下的发光照片，证实红光聚合物膜在紫外光激发下可发射出较强的红色荧光。
采用贴膜方法，将制得的红光聚合物膜封装于365nm紫外LED芯片上，获得红光LED器件。附图5为红光LED通电下的发光照片，可以看出其可发射出非常强的红光。
实施例3
按摩尔比为1:3:1的比例将六水合硝酸铽或六水合氯化铽、乙酰丙酮、1,10-邻菲罗啉溶解于无水乙醇中，混合均匀，采用氢氧化钠溶液调混合溶液的PH值至7，将混合液加热至60℃，反应4h，抽滤，洗涤，干燥，得铽配合物(Tb(AcAc)3Phen)。
称取0.0275g铽配合物(Tb(AcAc)3Phen)，溶解于5.5mlN,N-二甲基甲酰胺中，再称取0.75g实施例1制备的回收聚苯乙烯，溶解于5mlN,N-二甲基甲酰胺中，将上述两种溶液混合均匀，涂覆于干净的载玻片上，在60℃的鼓风干燥箱中烘干12h，得绿光聚合物膜。
附图6为绿光聚合物膜在365nm紫外光照射下的发光照片，证实绿光聚合物膜在紫外光激发下可发射出较强的绿色荧光。
采用贴膜方法，将绿光聚合物膜封装于365nm紫外LED芯片上，获得绿光LED器件。附图7为绿光LED通电下的发光照片，可以看出其可发射出非常强的绿光。
实施例4
按摩尔比为1:2的比例将氯化锌或六水合硝酸锌和2-(2-羟基苯基)苯并噻唑溶解于无水乙醇中，混合均匀，采用氢氧化钠溶液调混合溶液的PH值至7，将混合液加热至60℃，反应4h，抽滤，洗涤，干燥，得锌配合物(Zn(BTZ)2)。
称取0.0316g锌配合物(Zn(BTZ)2)，溶解于1mlN,N-二甲基甲酰胺中，再称取0.75g实施例1制备的回收聚苯乙烯，溶解于5mlN,N-二甲基甲酰胺中，将上述两种溶液混合均匀，涂覆于干净的载玻片上，在60℃的鼓风干燥箱中烘干12h，得蓝光聚合物膜。
附图8为蓝光聚合物膜在365nm紫外光照射下的发光照片，证实蓝光聚合物膜在紫外光激发下可发射出较强的蓝色荧光。
采用贴膜方法，将制得的蓝光聚合物膜封装于365nm紫外LED芯片上，获得蓝光LED器件。附图9为蓝光LED通电下的发光照片，可以看出其可发射出非常强的蓝光。
实施例5
采用贴膜方法，将实施例2-4制得的红光聚合物膜、绿光聚合物膜、蓝光聚合物膜通过叠加的方法封装在同一个365nm紫外LED芯片上，获得白光LED。附图10为制作的白光LED通电下的发光照片，可以看出由三基色发光膜叠加制作的白光LED通电后可发射出非常强的白光。测试结果表明，制作的白光LED的色坐标为(0.3789,0.3842)，色温为4070K，显色指数高达95.5，显色指数明显高于市场上应用较多的蓝光芯片激发黄光荧光粉的白光LED。
Claims (10)
1.一种白光LED器件，包括LED芯片和封装所述LED芯片的发光膜，其特征在于，所述发光膜为包括蓝光膜、绿光膜和红光膜的多层结构，单层发光膜包括聚合物基体及分散在聚合物基体中能够发出相应颜色光的有机金属配合物，分散在蓝光膜中的有机金属配合物为Zn(BTZ)2，分散在绿光膜中的有机金属配合物为Tb(AcAc)3Phen，分散在红光膜中的有机金属配合物为Eu(TTA)3Phen。
2.如权利要求1所述的白光LED器件，其特征在于，所述单层发光膜的厚度为0.1～0.8mm。
3.如权利要求1所述的白光LED器件，其特征在于，所述有机金属配合物在单层发光膜中的重量百分比含量为0.1～10％。
4.如权利要求1所述的白光LED器件，其特征在于，三种有机金属配合物的摩尔比为Zn(BTZ)2:Tb(AcAc)3Phen:Eu(TTA)3Phen＝0.3:1:0.008。
5.如权利要求1所述的白光LED器件，其特征在于，所述聚合物基体为聚苯乙烯。
6.如权利要求5所述的白光LED器件，其特征在于，所述聚苯乙烯经由废弃聚苯乙烯泡沫回收得到。
7.如权利要求1所述的白光LED器件，其特征在于，所述LED芯片为能够发出波长为365nm紫外光的LED芯片。
8.如权利要求1所述的白光LED器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别制取蓝光膜、红光膜和绿光膜；(2)用所述蓝光膜、红光膜和绿光膜叠置封装于所述LED芯片上，制得所述LED器件。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，单层发光膜的制备方法包括：(a)将聚合物基体溶解在有机溶剂中，获得聚合物溶液；(b)将有机金属配合物溶解在有机溶剂中，获得有机金属配合物溶液；(c)将聚合物溶液和有机金属配合物溶液混合，涂覆在基片上，干燥获得单层发光膜。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的工艺条件为：温度50～120℃，时间8～16h。
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