[发明专利]荧光墨组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是美国专利申请13/103,117(申请日为2011年5月9日)的部分延续申请，在此结合本申请作为参考。

技术领域

本发明大体涉及用于LED和/或LED装置的荧光墨组合物。具体地，本发明涉及具有纳米尺寸荧光粉颗粒的荧光墨组合物及其制作方法，该荧光墨组合物能高效地将LED所发出的光从一种波长转换成另一种波长。

背景技术

发光二极管(LED)是一种半导体光源。LED与其它光源诸如白炽灯相比具有很多优点。LED通常具有较长的寿命、较好的稳定性、较快的开关特性以及较低的能耗。最新发展的LED具有与荧光灯可比拟或者更高的发光效率(lm/W)。

在电路中当LED的正向偏压超过其阈值电压时，由于电子-空穴对的自发复合而使LED发光。所产生的光的波长取决于在形成LED的p-n结中使用的材料之间的带隙。LED所产生的光的波长通常在红外光、可见光或UV的范围内。关于LED的详细信息可以在剑桥大学出版社，E.Fred Schubert的“Light emitting diodes”中找到，在此结合其整体作为参考。关于半导体光学的详细信息可以在Springer出版社，Claus F.Klingshirn的“Semiconductor optics”中找到，在此结合其整体作为参考。

为方便制造，传统最常用的LED形式是将微米尺寸的平面正方形LED晶片放置在基板上。这种半导体晶片一般是氮化镓，而基板可以是诸如铝的金属，它还起到热沉的作用。LED晶片通过精细的金属线与基板上的电路系统实现连接。LED晶片本身可以安装在基板的表面上，或者可以安装在基板的凹槽中。

在制造用于人类照明的高亮度LED光源时，存在着各种挑战。首先是最大化LED晶片本身的光取出效率。由于半导体材料具有高折射率，所以产生的光大多数在半导体-空气界面处会遇到全内反射(TIR)。在现有技术中，通过减小半导体表面处折射率的差异来减少TIR光的量。由于半导体折射率是一种材料特性，通过将LED与具有更高折射率的封装材料封装在一起来达到上述效果。过去是使用环氧树脂材料，而最近更多地使用硅树脂，因为其具有相对较高的透明度、颜色稳定性以及热性能。

单个未封装的LED产生单色光。由于使用LED作为照明光源的趋势，近些年来的研究都关注于LED封装技术，这种LED封装技术使LED晶片发出不同颜色的光。在合成白光方面，人们已经有相当大的兴趣。最常用的从单个LED产生白光的方式是在发蓝光的LED晶片的发光面上放置波长转换材料，例如黄色荧光粉。在LED晶片上的波长转换材料层会吸收一些LED发出的光子，并将它们向下转换(down-convert)为可见光波长的光，从而产生具有蓝色和黄色波长光的双色光源。如果产生的黄光和蓝光有正确的比例，那么人眼会感受到白光。

在现有技术中，将波长转换材料添加到包围LED晶片的封装层中，以作为在晶片上直接沉积的替换方式。这种封装材料的使用可以有不同方法。一些方法使用模制或者预模制将封装材料直接固定到基板上，而一些方法是筑起坝围绕住LED晶片，然后填充这个坝。后者通常被称为点胶，因为封装材料以液体形式提供，然后固化。实际上在这种点胶方法中，可以将荧光墨组合物应用在LED晶片表面上。

现有技术中将荧光层应用到LED晶片上的另一种方法是使用喷墨打印机将荧光墨喷射在LED晶片表面上。这种喷墨打印方法在美国专利申请13/103,117中有描述，在此结合其披露作为参考。

然而，在传统的封装方法中，通常会使用粒径在5～25微米的大粒径荧光粉。然而，大粒径的荧光粉在使用过程中容易出现荧光粉沉降的问题，使得荧光粉在胶体中分布不均匀，由此导致封装出的LED容易出现颜色偏差。

因此，有必要改善用于点胶或喷墨打印的荧光粉。

发明内容

粒径在1～50微米，特别是5～25微米的大粒径的荧光粉具有高的荧光转换效率.然而，在这个粒径范围的荧光粉颗粒存在严重的沉降问题，由此引起所封装的LED的色温不一致及颜色变化.因此，纳米尺寸的荧光粉颗粒由于具有非常小的沉降速率而引起了人们的兴趣.然而，对于目前纳米尺寸的荧光粉颗粒而言存在一个严重的问题，那就是其荧光转换效率与大粒径的荧光粉相比降低50％以上.本发明提供一种用于点胶或喷墨打印荧光墨组合物，该墨包含有数量级为100～1000纳米的纳米荧光粉颗粒，且能达到很高的光转换效率，使用这种荧光墨封装的LED和/或LED装置具有优异的色温和/或颜色一致性和高亮度.