用于喷墨印刷的LED荧光墨组合物制造技术

本发明专利技术提供了一种用于LED封装的可喷墨印刷的荧光墨组合物，使其于LED元件或LED元件封装上的荧光层量和位置能够精密地受控制。该墨包含UV固化树脂成分和热固化树脂成分。相分离成分防止UV固化树脂成分和热固化树脂成分的相分离。数量级小于大约2微米的荧光体颗粒均匀地分布在整个墨组合物上。通过热或压电喷墨印刷沉积荧光墨组合物。按照期望的图案沉积薄层。使用UV固化(或者UV固化和热固化)来固定每层，接着顺序地沉积和固化。通过这种方式，荧光体沉降没有出现，并且选择性地构造了层，从而形成了精确的荧光体分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及用于LED的荧光墨。具体地，本专利技术涉及用于在LED和/或LED 封装上喷墨印刷精确量的荧光体的荧光墨。
技术介绍
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、较大的稳定性、较快的开关特性以及较低的能耗，除此之外还有其他优点。最新发展的LED具有可与白炽灯相比或者超越白炽灯的发光强度(lm/W) O当电子电路中的电压超过LED阈值电压且处于正向偏压时，电子和空穴对的自发复合使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能带隙。LED所产生的光的波长通常在红外、可见或UV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，在此纳入其整体作参考。关于半导体光学的详细信息可以在斯普林格出版社(Springer press), Claus F. Klingshirn的“kmiconductor optics”中找到，在此纳入其整体作参考。为了便于制造，LED最常用的形式是典型地放置微米尺寸的平面正方形LED芯片在基板上。这种LED芯片的半导体一般是硅，而基板可以是诸如铝的金属，它还起到散热片的作用。LED芯片通过精细的金属线与基板上的电路系统电连接。LED芯片本身可以安装在基板表面上，或者可以安装在基板上的凹槽中。在制造适用于作为人类环境的高亮度光源输出的LED中，存在着各种挑战。首先的挑战是使平面的LED芯片本身发出最大化的光。由于半导体材料具有高折射率，所以所产生的光多数在半导体-空气界面处会遭受全内反射(TIR)。在现有技术中，通过减小半导体表面处的折射率的差来减少进行IlR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获得上述效果。过去是使用环氧树脂材料，最近因为硅有机树脂具有相对较高的透明度、颜色稳定性以及热性能，所以更多地被使用了。然而，这种硅有机树脂相当难以封装在LED上。单个未封装的LED产生单色光。近些年来，由于在使用LED作为环境光源上的兴趣，人们关注于制造LED封装的研究，这种LED封装会发出不同于LED芯片所发出的光的颜色。在产生白光方面，人们也有相当大的兴趣。最常用的从单个LED产生白光的方式是通过在发蓝光的LED芯片的可见(发光)侧上放置诸如黄色荧光体的波长转换材料。应用在 LED芯片上的波长转换材料层将吸收一些由LED发出的光子，并将它们降级转换为可见光波长的光，从而产生具有蓝色和黄色波长光的双色性光源。如果黄色光和蓝色光以正确比例产生，那么人眼会感受到白色。在现有技术中，将波长转换材料添加到包围LED芯片的封装层，以作为在芯片上直接沉积的替换方式。这种封装材料的使用可以通过不同方法实现。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，而一些方法是筑起围绕LED芯片的坝，然后再填充这个坝。后者通常被称为点胶，因为封装材料以液体形式提供，接着固化。影响白光的颜色质量的因素是LED芯片上的荧光体的数量和分布。这些决定了所产生的黄色波长光的比例。当荧光体被分布在封装材料中时，制程控制问题可能导致LED 周围出现不均勻的荧光体分布在无法预测的图案上。目前施加荧光体的技术导致荧光体分布有显著变化，其原因是因为在封装材料时的厚度变化及固化过程时荧光体的不均勻分布和/或沉降。因此，随之产生的LED元件特性的变化导致元件按元件特性而分类，然后根据元件特性销售这些不同特性的元件。此外，很多设备因为制造问题导致不符合规范而被丢弃。因此，在本领域中需要在LED元件封装过程中对荧光体分布进行精密控制以产生更均勻颜色的LED，尤其是白色LED。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于LED封装的可喷墨印刷的荧光墨组合物，其能够精密地控制荧光层在LED元件或LED元件封装上的量和位置。该墨包含UV固化树脂成分和热固化树脂成分。相分离成分防止UV固化树脂成分和热固化树脂成分的相分离。数量级小于大约2微米的荧光体颗粒均勻地分布在整个墨组合物上。为了保证喷墨印刷机喷墨的能力， 将墨的粘度保持在小于大约50厘泊。可喷墨印刷的荧光墨组合物还可以包括用于UV固化的光敏引发剂。当热固化树脂成分是环氧树脂时，可选地包括环氧树脂固化催化剂。在一个实施例中，UV固化树脂成分是丙烯酸树脂，可选地，丙烯酸树脂包括羟基，所述羟基用于防止UV固化树脂成分和热固化树脂成分的相分离。其他的墨配料还包括保湿剂、一个或多个溶剂(其中的一个可以是水)、杀菌剂和表面活性剂。因为本专利技术的荧光墨的独特性质，所以通过喷墨印刷是可以精确地控制荧光体的量和分布。通过热或压电喷墨印刷将荧光墨组合物直接地沉积在LED芯片或诸如硅有机树脂或环氧树脂封装的LED封装上。按照期望的图案沉积大约5微米厚度的层。使用UV固化来固定该层，可选地，和热固化一起，接着顺序地沉积和固化。可选地，在沉积所有的荧光层之后，进行热固化。通过这种方式，将荧光体颗粒的位置固定在每个层中，防止了不期望的荧光体沉降。这些层被选择性地构造，从而在整个LED或LED封装形成了精确量的荧光体。附图说明图1示出了典型LED的朗伯发光特性。 具体实施例方式以下结合“白色” LED的形成来描述本专利技术的墨，所述“白色” LED利用了以黄色荧光体封装蓝色LED的组合。但是，应该理解，本专利技术适用于将任何荧光体应用到任何颜色的 LED上，从而调节LED的颜色成为被人眼感知到的颜色。无论荧光体是否在传统意义上所认为的“荧光体”，如本文所使用，术语“荧光体”被广泛地用来描述吸收一个波长的光而发出另一波长光的任何波长转换材料。对于蓝色LED，用于发射黄光的典型的荧光体包括钇铝石榴石(YAG)基材料(可选地，掺杂有铈)、铽铝石榴石(TAG)基材料以及硅酸盐基、硫磺基、 氮基或者一氧化氮基材料。还可以使用有机荧光体以及有机和无机的非荧光体的波长转换材料，为了简单，它们被如上所述那样称为“荧光体”。单波长转换材料或者波长转换材料的组合可以根据来自封装整个LED所期望的发光来选择。有利地，本专利技术的可喷墨印刷的荧光墨使用了聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂是UV固化树脂和热固化树脂的组合。UV固化树脂和热固化树脂必须在可见光谱(大约390 至750nm)内具有高透明度。在示例性实施例中，UV固化树脂是丙烯酸树脂，优选地包括羟基以防止UV固化树脂和热固化树脂之间的相分离。为了加强UV固化，包括了可选的光敏引发剂。热固化树脂可以从环氧树脂中选择，可选的，在墨组合物中包括了环氧树脂固化催化剂。选择添加保湿剂可防止喷嘴内的荧光墨干燥。对于含水墨组合物，所提供的水和助溶剂的量是足以控制整个荧光墨的粘度。一般，助溶剂是从水溶性有机助溶剂中选择，以保证聚合物粘合剂成分在墨组合物中完全溶解。对于喷墨印刷，粘度应该保持在大约50厘泊之下。对于热喷墨印刷，大约2厘泊到6厘泊的范围是优选的。喷墨印刷的表面张力优选地在大约30-50达因/厘米的范围内。可选地择的加入其他的墨配料例如一个或多个杀菌剂和/或表面活性剂来帮助墨保存和墨润湿性，以及控制表面张力性能。由于本专利技术的荧光墨的独特性质，可以通过喷墨印刷精确地本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种可喷墨印刷的荧光墨组合物，其用于沉积在ＬＥＤ元件或者ＬＥＤ元件封装上，所述组合物包括：ＵＶ固化树脂成分；热固化树脂成分；相分离成分，其用于防止ＵＶ固化树脂成分和热固化树脂成分的相分离；数量级小于大约２微米的荧光体颗粒，其均匀地分布于整个墨组合物，所述墨组合物具有小于大约５０厘泊的粘度，使得墨被配置成可使用喷墨印刷机印刷。

【技术特征摘要】
2011.05.09 US 13/103,1171.一种可喷墨印刷的荧光墨组合物，其用于沉积在LED元件或者LED元件封装上，所述组合物包括UV固化树脂成分； 热固化树脂成分；相分离成分，其用于防止UV固化树脂成分和热固化树脂成分的相分离； 数量级小于大约2微米的荧光体颗粒，其均勻地分布于整个墨组合物，所述墨组合物具有小于大约50厘泊的粘度，使得墨被配置成可使用喷墨印刷机印刷。2.根据权利要求1所述的可喷墨印刷的荧光墨组合物，还包括用于UV固化的光敏引发剂。3.根据权利要求1所述的可喷墨印刷的荧光墨，其中所述热固化树脂成分是环氧树脂。4.根据权利要求3所述的可喷墨印刷的荧光墨，其还包括环氧树脂固化催化剂。5.根据权利要求1所述的可喷墨印刷的荧光墨，其中所述UV固化树脂成分是丙烯酸树脂。6.根据权利要求5所述的可喷墨印刷的荧光墨，其中丙烯酸树脂包括丙烯酸单体，所述丙烯酸单体包括羟基，所述羟基用于防止UV固化树脂成分和热固化树脂成分的相分离。7.根据权利要求1所述的可喷墨印刷的荧光墨，还包括保温剂、一个或多个溶剂、杀菌剂和表面活性剂。8.根据权利要求1所述的可喷墨印刷的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼斯·麦克基恩，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK