CN113707784B - 一种led发光薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED发光薄膜的制备方法，它依次包括：透明基础薄膜、LED发光层、正电极、负电极、透明保护薄膜，其特征是LED发光层是由LED芯片与含有导电离子的透明胶混合形成，正电极与负电极设置在LED发光层两侧，当加载交流电或直流电时，LED芯片产生发光。
Description
技术领域
本发明属于LED半导体发光器件领域的制备与应用。
技术背景
电致发光器件是通过施加在两个电极间的电流电压导致的一类半导体发光现象，发光二极管LED属于低压电致发光器件的一种，交流或直流电施加在LED两个电极上产生发光，其已经广泛应用与照明与显示领域，由于LED芯片使用时需要引出两个电极并进行封装，导致LED发光器件具有较大体积，并且无法形成薄膜发光器件。
本发明一种LED发光薄膜的制备方法，它依次包括：透明基础薄膜、LED发光层、正电极、负电极、透明保护薄膜，其特征是LED发光层是由LED芯片与含有导电离子的透明胶混合形成，当在正电极与负电极层上加载交流电或直流电时，LED薄膜产生发光。
本发明的LED发光薄膜及制备方法，只有一层发光导电层，通过在半导体LED芯片两个电极间形成电流电压差，导致LED芯片直接发光，不需要复杂的电极连接与封装,不需要背电极，适合仪表、指示开关照明。
发明内容
一种LED发光薄膜的制备方法，它依次包括：透明基础薄膜3、LED发光层2、正电极4、负电极5、透明保护薄膜6，其特征是LED发光层2是由LED芯片1与含有导电离子的透明胶混合形成，正电极与负电极设置在LED发光层两侧，当在正电极4与负电极5上加载交流电或直流电时，LED发光层产生透明发光。本发明的透明基础薄膜3作用在于提供光滑的平面基础，可以用于LED发光层的均匀制备。本发明的LED发光层包括LED芯片与透明胶，LED芯片有序排列或无序混合，使用透明胶粘贴或混合粘结成薄膜。透明胶中添加有导电离子，当然也可以是导电颗粒等材料。使得透明胶产生可控的电阻阻值，进而使得LED芯片两个电极间产生电压电流差值导致LED芯片发光。
本发明中的透明胶中含有：导电离子、高分子聚合物、烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂等。导电离子是锂、钠、钾离子中的一种，他们溶解后加入到高分子聚合物透明胶中，它们具有较高的导电迁移率，并且可以容易控制，具有弯折性，使得透明胶形成了一种含有导电离子的高分子聚合物，高分子聚合物再加入烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂形成固态透明胶，含有导电离子的透明胶使用涂敷或印刷工艺制备成透明膜，贴压或混合LED芯片在透明膜上，固化后制备成透明LED发光层，其具有弹性，当去掉透明基础薄膜3时LED发光层依然可以发光，并且具有较大拉伸。
本发明中的透明胶中含有导电离子的浓度按重量比占透明胶的0.2%-10%。导电离子的浓度与离子导电率成正比关系，在现有双电极电致发光器件中要求导电性好高，但本发明针对LED发光器件只有单一电极，电流电压直接加载到LED芯片电极上，高导电性使得LED芯片不能发光，透明胶电阻控制在0.5K-10K欧姆。离子导电的优点在于LED发光薄膜电极不需要多层结构，也不需要同平面狭缝电极，其电极完全是在LED发光薄膜的两侧端点，产生透明发光效果，并且提高LED发光效率。
本发明中的透明胶中含有导电纳米材料氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锑材料中的一种；透明胶两端分别设置有正电极、负电极。透明胶中加入纳米导电颗粒，同样可以达到LED发光效果。透明胶中独立加入导电纳米材料会影响亮度80%，也会降低LED发光成品率，导电纳米材料与导电离子共加入时才有稳定效果。
本发明中的LED芯片是双电极倒装结构，双电极倒装结构可以使得LED芯片中的正负电极处于同平面，当LED芯片中的正电极8、负电极7间距离固定，所有加入的LED芯片大小型号相同，当在LED发光薄膜的两个电极上施加1.5V-3V直流电或交流电时LED芯片产生发光。在交流电发光时LED芯片可以随意分布，能够产生双面发光。
本发明中的透明胶电阻与LED芯片电极间距离成反比，如果LED芯片正电极8、负电极7间距离大，含有导电离子的透明胶电阻就越小。透明胶的这种离子导电是平面ITO导电薄膜或银导电所不能达到的。LED发光薄膜的电极使用金属导电片。
本发明中的透明基础薄膜与透明保护薄膜是透明的塑料绝缘薄膜，它们具有良好的绝缘与防潮特性，它们可以是PET、PVC、PE、硅橡胶等。本发明中的透明基础薄膜可以印刷有矩阵透明导电区域块，并在每个透明导电区域块上印刷有LED发光层，正电极与负电极设置在LED发光层两侧，其中至少有一个电极对应透明导电区域块，通交流3V电对应区域产生发光，多个区域独立电路控制，实现LED区域块控制动态发光。
本发明中的透明胶中的导电离子是氯化锂，高氯酸锂，碳酸锂中的一种或多种，它们使用溶剂溶解后与高分子聚合物混合，有机溶剂可以是乙醇、去离子水溶液、聚碳酸酯溶液等，通过选择不同的溶剂实现不同体系的导电材料的制备。这种导电离子的加入，可以使得LED芯片两级的电流电压可以根据它们的距离控制，这种控制调配具有显著优点与效果，使得LED芯片透明发光，不需要设置导线。
本发明中的高分子聚合物是丙烯酰胺，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚偏氟乙烯中的一种或多种，它们是无色透明或半透明，并具有柔性可弯曲特点，通过刮涂、印刷工艺可以制备成薄膜。高分子聚合物中加入烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂可以使得薄膜温固化，或者紫外固化成为固态薄膜。烯类单体类交联剂为丙烯酸，甲基丙烯酸，二乙烯基苯，N,N-亚甲基双丙烯酸酰胺中的一种或多种。交联引发剂为四甲基乙二胺，苯甲酰甲酸甲酯，二苯甲酮中的一种或多种，本发明中的透明胶中高分子聚合物占有重量比大于80%。
一种LED发光薄膜的制备方法，它依次包括：管线状透明保护薄膜6、LED发光层2、正电极4、负电极5，其特征是LED发光层是由LED芯片1与含有导电离子的透明胶混合形成，并灌入管状透明保护薄膜内，形成柔性线体，当在正电极与负电极两端上加载交流电或直流电时，这种是柔性管柱线形状的LED产生发光。本发明中的管线状透明保护薄膜6是由塑料薄膜形成管线状，管线直径2-5毫米，可以是圆形、方形、三角形状等。管壁薄膜厚度0.1-1毫米。将LED芯片、导电离子、高分子聚合物、烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂等混合后注入管线中。导电离子是锂、钠、钾离子中的一种，他们溶解后加入到高分子聚合物透明胶中，使得透明胶形成了一种含有导电离子的高分子聚合物，高分子聚合物再加入烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂形成固态透明胶，含有导电离子的透明胶与LED芯片混合注入，固化后制备成透明LED发光层，通电产生发光。
附图说明
图1．LED发光薄膜结构图
图2．LED芯片在发光薄膜中的状态之一
图3．LED芯片在发光薄膜中的状态之二
图4．LED芯片在发光薄膜管状结构图
图中：1 LED芯片，2 LED发光层，3透明基础薄膜，4正电极，5负电极，6透明保护薄膜，7 LED芯片负电极，8 LED芯片正电极。
具体实施方法
一种LED发光薄膜的制备方法，它的结构依次包括：透明基础薄膜3、LED发光层2、正电极4、负电极5、透明保护薄膜6。其特征是LED发光层2是由LED芯片1与含有导电离子的透明胶混合形成。首先透明基础薄膜3提供光滑的平面基础，PET作为透明基础薄膜具有较好的稳定性，可以用于LED发光层的均匀制备。LED发光层包括LED芯片与透明胶，LED芯片有序排列或无序与透明胶混合，有序排列LED可以显示图案文字发光，无序LED混合可产生双面，尤其使用交流电。LED发光层含有LED芯片数量根据发光设计而定。LED发光层厚度应该大于LED芯片，透明胶厚度应该与LED芯片相同，实际薄膜厚度控制还与与LED芯片数量有关。正电极4、负电极5可以是使用铜电线或铜片，它们只要触碰到发光层两端侧面就可。
本发明中的透明胶中含有：导电离子、高分子聚合物、烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂等，可以促使控制离子导电率、透明度、固化时间、粘度等。导电离子可以是锂、钠、钾离子，其中锂离子具有良好的导电率与稳定性。这些离子的盐类化合物溶解后加入到高分子聚合物中，透明胶中含有80％-95%的高分子聚合物，使得透明胶形成了一种含有导电离子的高分子聚合物，高分子聚合物再加入重量比0.01－1％的烯类单体交联剂，加入重量比0.05－2％的过硫酸铵催化剂，加入重量比0.01－2％的交联引发剂形成固态透明胶，含有导电离子的透明胶使用涂敷或印刷工艺制备成透明膜，贴压或混合LED芯片在透明膜上，再固化后制备成透明LED发光层。使用紫外光固化性能与工艺可以较好控制。
本发明中的透明胶中含有导电离子的浓度按重量比占透明胶的0.2%-10%。本发明中的导电离子的浓度与离子导电率成正比关系，在现有技术中双电极电致发光器件中要求导电性好高，但本发明针对LED发光器件只有单一电极，电流电压直接加载到LED芯片电极上，高导电性使得LED芯片不能发光，透明胶电阻控制在0.5K-10K欧姆。单一导电一层结构的LED芯片发光是本发明重要结构与方法，这与锂离子电极有区别。通常导电离子的浓度按重量比占透明胶的0.2－1%时，LED芯片电极间距离0.01－0.1毫米；导电离子的浓度按重量比占透明胶的1.1－2%时，LED芯片电极间距离0.11－0.5毫米；导电离子的浓度按重量比占透明胶的3－5%时，LED芯片电极间距离0.5－1毫米；导电离子的浓度按重量比占透明胶的6－10%时，LED芯片电极间距离1－3毫米。本发明中的透明胶电阻与LED芯片电极间距离成反比，LED芯片正电极8、负电极7间距离大，含有导电离子的透明胶电阻就越小，这样有利于导电发光。
本发明中的透明胶中含有导电纳米材料氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锑材料中的一种；透明胶两端分别设置有正电极、负电极。透明胶中加入纳米导电颗粒，同样可以达到LED发光效果。透明胶中加入重量比为1－15%的导电纳米材料。导电纳米材料加入影响透明度，但可以提高LED发光层的温度稳定性，导电纳米材料不可以替代导电离子，它对LED发光有严重遮挡，使得LED发光效率大幅下降。
本发明中的LED芯片是双电极倒装结构，LED芯片垂直结构在本发明中不能取得良好发光效果，因为双电极倒装结构可以使得LED芯片中的正负电极处于同平面，导电处于同一平面上，当LED芯片中的正电极8、负电极7间距离固定，所有加入的LED芯片大小型号应该相同，当在LED发光薄膜的两个电极上施加3V-6V直流电或交流电时LED芯片产生发光。在交流电发光时LED芯片可以随意分布，能够产生双面发光。
本发明中的透明基础薄膜与透明保护薄膜是透明的塑料绝缘薄膜，它们具有良好的绝缘与防潮特性，它们可以是PET、PVC、PE、硅橡胶等，厚度0.1－1毫米，平整均有助于发光。本发明中的透明基础薄膜印刷有矩阵透明导电区域，并形成独立的矩阵块区域，使用透明导电胶水印刷，并在透明导电区域块上印刷有LED发光层，正电极与负电极设置在LED发光层两侧并且选择对应的透明导电区域块，配以电路，可实现LED区域控制动态发光，能够显示动态文字与图案，电极不需要连接在透明导电区域块，这是透明胶中的导电离子产生的特别效果。
本发明中的透明胶中的导电离子可以是氯化锂，高氯酸锂，碳酸锂中的一种或多种，锂离子性能好于钠离子与钾离子，它们使用溶剂溶解后与高分子聚合物混合，有机溶剂可以是乙醇、去离子水溶液、聚碳酸酯溶液等，通过选择不同的溶剂实现不同体系的导电材料的制备。
本发明中的高分子聚合物是丙烯酰胺，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚偏氟乙烯中的一种或多种，它们是无色透明或半透明，并具有柔性可弯曲特点，通过刮涂、印刷工艺可以制备成薄膜。高分子聚合物中加入烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂可以使得薄膜温固化，或者紫外固化成为固态薄膜。烯类单体类交联剂为丙烯酸，甲基丙烯酸，二乙烯基苯，N,N-亚甲基双丙烯酸酰胺中的一种或多种。交联引发剂为四甲基乙二胺，苯甲酰甲酸甲酯，二苯甲酮中的一种或多种。
一种LED发光管线状的制备方法，它依次包括：管线状透明保护薄膜6、LED发光层2、正电极4、负电极5，其特征是LED发光层是由LED芯片1与含有导电离子的透明胶混合形成，并灌入管状透明保护薄膜内，形成柔性线体，当在正电极与负电极层上加载交流电或直流电时，这种柔性柱线形状的LED产生发光。本发明中的管线状透明保护薄膜6是由塑料薄膜形成管线状，管线直径2-5毫米，圆柱管形有利于制备工艺。将LED芯片、导电离子、高分子聚合物、烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂等混合后注入管线中。导电离子是锂、钠、钾离子中的一种，他们溶解后加入到高分子聚合物透明胶中，使得透明胶形成了一种含有导电离子的高分子聚合物，高分子聚合物再加入烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂形成固态透明胶，含有导电离子的透明胶与LED芯片混合注入，固化后制备成透明LED发光层，通电产生发光。
本发明优点在于
LED芯片不需要进行区分正负电极，电极也不需要引线，使用时也不需要区分发光面与电极面，同时不需要芯片封装，不需要背电极与面电极，通过本发明可以产生透明发光，简化工艺，本发明将LED芯片使用方式类同电致发光粉，但结构优化于多层结构的传统电致发光器件。
本发明可以制备成薄膜面发光，改变了LED点光源发光效果，可以实现306度发光，可以实现管线发光器件形式，可以弯曲拉伸折叠，并形成彩色文字、图案发光。
本发明由于使用了离子导电，尤其是锂离子导电率根据电极距离可以控制，既有良好导电率，又不使得LED芯片两个电极直接导通，从而LED发光薄膜透明发光，避免狭缝背电极或梳状背电极缺陷，避免透明导电膜或者纳米导电氧化物的缺陷，透过率可以达到90%以上，折叠角度可以小于5度，加载电压1.5-3V就可使得LED芯片发光，适合现有电池工作使用。
本发明的LED发光薄膜结构改变了传统ITO导电层夹层结构，同时也不同于现有LED器件，本发明的LED发光薄膜可以随意裁剪，用于广告、仪表、服装、显示、汽车、家用电器、照明、建筑装饰、圣诞玩具、手机、门窗装饰、路牌指示、太阳能发光等。
在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种LED发光薄膜的制备方法，它依次包括：透明基础薄膜、LED发光层、正电极、负电极、透明保护薄膜，其特征是LED芯片是双电极倒装结构，LED发光层是由LED芯片与含有导电离子的透明胶混合形成，导电离子是锂、钠、钾离子中的一种，透明胶是一种含有导电离子的高分子聚合物，高分子聚合物再加入烯类单体交联剂、过硫酸铵催化剂、交联引发剂形成透明胶，含有导电离子的透明胶使用涂敷或印刷工艺制备成透明膜，贴压或混合LED芯片在透明膜上，固化后制备成透明LED发光层；正电极与负电极设置在LED发光层两侧，当加载交流电或直流电时，LED芯片产生发光。
2.如权利要求1所述的一种LED发光薄膜的制备方法，透明胶中含有导电离子的浓度按重量比占透明胶的0.5%-10%。
3. 如权利要求1所述的一种LED发光薄膜的制备方法， 透明胶电阻与LED芯片电极间距离成反比，LED芯片正负电极间距离大，含有导电离子的透明胶电阻就越小。
4.如权利要求1所述的一种LED发光薄膜的制备方法，透明基础薄膜与透明保护薄膜是透明塑料绝缘薄膜。
5.如权利要求1所述的一种LED发光薄膜的制备方法，透明胶中的导电离子是氯化锂，高氯酸锂，碳酸锂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种LED发光薄膜的制备方法，透明胶中的高分子聚合物是丙烯酰胺，聚丙烯酰胺，聚乙烯醇，聚偏氟乙烯中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的一种LED发光薄膜的制备方法，透明基础薄膜印刷有矩阵透明导电区域块，并在每个透明导电区域块上印刷有LED发光层，正电极与负电极设置在LED发光层两侧，其中至少有一个电极对应透明导电区域块，通交流3V电对应区域产生发光，实现LED区域块控制动态发光。
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