发光层合体及其制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104081523 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104081523 A (21)申请号 201380007064.8 (22)申请日 2013.02.01 61/593,917 2012.02.02 US H01L 25/075(2006.01) B81C 99/00(2006.01) H01L 23/00(2006.01) (71)申请人宝洁公司地址美国俄亥俄州 (72)发明人 EJ哈泽内尔 KS麦克圭尔 (74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人张欣 (54) 发明名称发光层合体及其制备方法 (57) 。

2、摘要本发明公开了一种能够发射光的层合体，所述层合体包括反射层。所述反射层增加了来自层合体的光输出量。本发明还提供了一种包括改善的层合体的照明设备。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.07.29 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/024320 2013.02.01 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/116631 EN 2013.08.08 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页说明书 6 页附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图2页 (10)。

3、申请公布号 CN 104081523 A CN 104081523 A 1/2 页 2 1. 一种能够发射光的层合体，所述层合体包括： (a) 基底层，其具有所述层合体的第一侧面； (b) 磷光粉层，其具有所述层合体的第二侧面； (c) 设置在所述基底层和所述磷光粉层之间的第一导电层和第二导电层；其中所述第一导电层和所述第二导电层能够被增能；其中所述第一导电层邻近于所述基底层； (d) 设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间的至少第一电介质层； (e) 多个微发光二极管 (LED)，其中所述多个 LED 中的每个 LED 均具有约 5 微米至约 80 微米的直径；。

4、其中所述多个 LED 中的每个 LED 均包括第一电触点和第二电触点，其中所述 LED 的第一电触点与所述第一导电层电连通，并且其中所述 LED 的第二电触点与所述第二导电层电连通；其中在每 1cm2的所述层合体的平面面积上设置约 20 至约 250 个微 LED ；和 (f) 反射层，其设置在所述第一导电层和所述磷光粉层之间。 2. 根据权利要求 1 所述的层合体，其中所述多个微 LED 为设置在每 1cm2的所述层合体上的约 25 至约 200 个微 LED ；并且其中所述层合体具有小于 1mm 的厚度。 3.根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个微LE。

5、D为设置在每1cm2的所述层合体上的约 35 至约 150 个微 LED。 4.根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个微LED为设置在每1cm2的所述层合体上的约 40 至约 120 个微 LED。 5. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个 LED 具有相对于所述层合体的平面面积约 0.005至约 0.5的平面面积。 6. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个 LED 各自具有相对于所述层合体的平面面积约 0.01至约 0.1的平面面积。 7. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个 LED 各自具有约 5 微米至 80 微。

6、米的厚度。 8. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个 LED 各自具有约 5 微米至 70 微米的厚度。 9. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层在所述整个层合体中为基本上连续的；并且其中所述层合体具有小于 1mm 的厚度。 10. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层在所述整个层合体中为基本上连续的。 11. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，还包括设置在所述第一电介质层和所述第二导电层之间的第二电介质层；并且其中所述反射层设置在所述第二导电层和所述磷光粉层之间。 12. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其。

7、中所述反射层具有相对于所述层合体的平面面积约 80至约 100的平面面积。 13. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层具有相对于所述层合体的平面面积约 90至约 100的平面面积。权利要求书 CN 104081523 A 2 2/2 页 3 14. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述磷光粉层具有相对于所述层合体的平面面积约 90至约 100的平面面积。 15. 一种制备根据前述权利要求中任一项所述的层合体的方法，所述方法包括将 LED 印刷到所述第一导电层上的步骤，其中所述印刷选自丝网印刷或柔性版印刷。权利要求书 CN 10408。

8、1523 A 3 1/6 页 4 发光层合体及其制备方法技术领域 0001 本发明涉及 LED 照明设备。背景技术 0002 发光二极管 (LED) 的使用是一种产生光的有效手段。相对小的 LED( 即，具有小于 100 微米的直径 ) 与较大的 LED 相比具有冷却效率更高的有益效果。所述效率的一部分归因于所述 LED 能够相隔得更远并仍然按每单位面积产生有效的光输出。 0003 斯托克斯频移磷光粉的使用是一种已知的方法，其从 LED 获取相对窄的发射光波长 ( 例如 470nm)，并将所述光的一部分转化为范围更广泛的较长波长，因此产生在许多照明应用中均期望的 “白光” 。。

9、使用降频磷光粉的一个缺点是在该过程中伴生能量 ( 并因此效率 ) 的损失。大部分在较大 LED 中损失的能量均是由于光从磷光粉被重新发射回初始光所发源的 LED 中。该被重新捕获的光最终损失掉了并转化为热，因而在其中磷光粉被直接涂覆到 LED 表面上的系统 ( 大多数可得的 “白光” LED) 中，这可导致 50的效率损失。因而需要最大化来自 LED 的光输出，尤其是当使用磷光粉时，具体地当使用微 LED 时。 0004 报告了在发光层合体中围绕包括 LED 的台面使用反射材料。然而，这些层合体通常经由取 - 放技术或转移印刷技术来施加 LED 的。这些制造技术自身趋于成为。

10、更精巧或更复杂的设计 ( 诸如台面 )，但从大规模制造的角度来讲不能够节省成本。需要一种如下的层合体，其制备起来较为节省成本并且最小化了可归因于 TIR 的效率，尤其是当采用微 LED 时。 0005 WO 2011/082497 A1 ； EP 2325903 A1 ； US 2011/0204020 A1 ； US 7,799,699 发明内容 0006 本发明试图解决这些问题中的一个或多个。在本发明的第一方面，提供了一种能够发射光的层合体。该层合体包括基底层、磷光粉层、第一导电层和第二导电层、电介质层、多个微发光二极管 (LED)、和反射层。基底层具有该层合体的。

11、第一侧面。磷光粉层具有该层合体的第二侧面。第一导电层和第二导电层设置在基底层和磷光粉层之间，并且能够被增能。第一导电层邻近于基底层。一个或多个电介质层设置在第一导电层和第二导电层之间。所述多个 LED 中的每个均具有 5 微米至 80 微米的直径。所述多个 LED 中的每个均具有与第一导电层连通的第一电触点，并且具有与第二导电层连通的第二电触点。在每 1cm2 的该层合体的平面面积上设置有 20 至 250 个 LED。反射层设置在第一导电层和磷光粉层之间，或者设置在电介质层和磷光粉层之间。在本发明的一个实施例中，该层合体具有小于 1mm 的厚度。 0007 本发明的第二方。

12、面提供了一种制备前述层合体的方法，所述方法包括将 LED 印刷到第一导电层上的步骤，其中所述印刷选自丝网印刷、柔性版印刷、或卷筒纸凹版印刷。 0008 本发明的第三方面提供了一种包括前述层合体和电接口的照明设备以及制备该照明设备的方法，其中所述层合体能够与电接口电连通。说明书 CN 104081523 A 4 2/6 页 5 附图说明 0009 图 1 为本发明的层合体的剖视图。 0010 图 2 为由该层合体制成的照明设备的透视图。具体实施方式 0011 基底层 0012 本发明的层合体包括基底层。基底层具有该层合体的第一侧面。可将任选的附加层添加到该层合体的第一侧面。

13、上，诸如保护层(例如，防水密封层、耐氧层等)。基底层通常为连续的或基本上连续的，并且提供可供第一导电层设置在其上的基板。可形成基底层的材料的非限制性例子包括：塑料、聚合物材料、橡胶、织物、玻璃、陶瓷、硅衍生材料、二氧化硅衍生材料、混凝土、石材、挤出的多烯属膜、聚合物非织造材料、纤维素纸材、以及它们的混合物。一种示例性基底可足以提供电绝缘。在一个实施例中，基底包含塑料。塑料的非限制性例子包括聚氯乙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、以及它们的共聚物、共混物、或混合。

14、物。在一个实施例中，基底层包括由拉伸的聚对苯二甲酸乙二酯制成的聚酯膜 ( 例如，商品名 Mylar、 Melinex、和 Hostaphan)。关于对可能的基底层材料的说明，见例如 US 2011/0204020 A1，在一个实施例中，基底层为电绝缘的。 0013 磷光粉层 0014 本发明的层合体包括磷光粉层。磷光粉层具有该层合体的第二侧面。可将任选的附加层添加到该层合体的第二侧面上，诸如保护层(例如，防水密封层、耐氧层等)。磷光粉层通常为连续的或基本上连续的，并且将 LED 所生成的光转化为白光。一般来讲，磷光粉层由如下任何材料形成，所述材料能够发射出可见光。

15、谱中的光或响应于从 LED 发射的光 ( 或其它电磁辐射 ) 而偏移 ( 例如，斯托克斯频移 ) 发射光 ( 或其它任何具有所选择的频率的电磁辐射 ) 的频率。例如，包含基于磷光粉的黄色物质的层可与蓝色发光二极管一起使用以产生基本上白色的光。此类发光化合物包括各种磷光粉，它们可以各种形式中的任何形式提供，并具有各种掺杂物中的任何掺杂物。可印刷磷光粉层。因此，形成本发明的磷光粉层的组合物可包含基料 ( 诸如购自 DuPont 或 Conductive Compounds 的磷光粉基料 )，两者均有助于所述印刷工艺或其它沉积工艺，并且提供磷光粉与下面的层和后续上覆层的粘。

16、附。在一个实施例中，可以 uv 可固化形式或热可固化形式来提供磷光粉层。磷光粉层的一个供应商可包括 Phosphor Tech Corp.(Lithia Springs， Georgia， USA)。 0015 在一个实施例中，磷光粉层具有相对于层合体的平面面积大于 50的平面面积。作为另外一种选择，磷光粉层具有相对于本文所述的发光层合体的平面面积约 60至约 100，或者约 70至约 100，或者约 80至约 100，或者约 90至约 100，或者约 90至约 99，或者它们的组合的平面面积。 0016 第一导电层和第二导电层 0017 本发明的层合体包括第一导电层和第二。

17、导电层。第一导电层和第二导电层设置在基底层和磷光粉层之间。第一导电层邻近于基底层。在第一导电层和基底层之间可存在某个层，但第一导电层相比于第二导电层更接近基底层。第一导电层和第二导电层包含导电说明书 CN 104081523 A 5 3/6 页 6 材料，使得这些层能够被增能 ( 即，能够承载电流 )。导电材料的非限制性例子可包括银、铜、氧化铟锡 (ITO)、锡、铝、金、铂、贵金属、碳、炭黑、碳纳米管 (“CNT” )、单壁或双壁或多壁 CNT、石墨烯、石墨烯片、纳米石墨烯片，纳米碳以及纳米碳和银的组合物、纳米银组合物、或它们的组合。供应商。

18、可包括 Conductive Compounds(Londonberry， NH， USA)、 DuPont,、 Dow Corning,Inc.、 Henkel/Emerson&Cumings、 Henkel/Emerson&Cumings、 AGFA Corp. (Ridgefi eld Park， New Jersey， USA)。 0018 在一个实施例中，第一导电层和 / 或第二导电层为透明的或基本上透明的。可印刷这些层。参见例如美国专利 7,259,030 col.14， l.14 以及下列等。在一个实施例中，第二导电层具有至少 80的透射率，优选地大于 96，或者大于。

19、97，或 98，或 99的透射率。在另一个实施例中，导电层包含银。在另一个实施例中，第二导电层包含银的纳米纤维 ( 购自 NthDegree Technologies(Tempe， AZ)。在另一个实施例中，第一导电层和 / 或第二导电层为连续的或基本上连续的。对可能的导电层材料的说明描述于例如 US 2011/0204020 A1，中。 0019 电介质层 0020 本发明的层合体包括设置在第一导电层和第二导电层之间的至少第一电介质层。在一个实施例中，该层合体包括邻近于第一电介质层的第二电介质层。电介质层起着电绝缘体的作用。在另一个实施例中，电介质层包含粘合剂材料，。

20、诸如环氧树脂、或能够热熔融的聚合物。不受理论的束缚，包含粘合剂的电介质层能够用来将各层粘结在一起。在一个实施例中，电介质层为连续的或基本上连续的。 0021 LED 0022 本发明的层合体包括多个发光二极管 (LED)。微 LED 具有约 5 微米至约 80 微米，或者约 5 微米至约 70 微米，或者约 10 微米至约 60 微米，或者约 15 微米至约 50 微米，或者约 20 微米至约 40 微米，或者约 15 微米至约 35 微米，或者它们的组合的直径。在一个实施例中， LED 具有小于 85 微米，或者小于约 80 微米，或者约 5 微米至约 80，。

21、或者约 10 微米至约 70 微米，或者约 15 微米至约 60 微米，或者它们的组合的厚度。在另一个实施例中， LED 在任何尺寸上均小于80微米，或者在任何尺寸上均小于约75微米，或者在任何尺寸上均小于约 70 微米。 0023 可使用例如扫描电镜 (SEM)、或 Horiba s LA-920 来测量这些二极管的尺寸。所述Horiba LA-920仪器使用低角度夫琅和费衍射和光散射原理来测量本发明的层合体的粒度和分布。 0024 所述多个微 LED 中的每个均具有第一电触点和第二电触点。第一电触点与第一导电层电连通，并且第二电触点与第二导电层电连通。这些电触点可为。

22、阳极触点或阴极触点。当 LED 被增能时， LED 为电路的一部分；并且当该层合体被增能时，该层合体能够发射光。 0025 在本发明的一个方面，本发明的层合体包括设置在每 1cm2的层合体的平面面积上的约 5 至约 500 个微 LED ；或者设置在每 1cm2的层合体的平面面积上的约 10 至约 200 个微 LED，或者约 15 至约 150 个微 LED，或者约 25 至约 125 个微 LED，或者约 35 至约 110 个微 LED，或者约 45 至约 100 个微 LED，或者约 60 至约 100 个微 LED，或者约 70 至约 90 个微 LED。

23、，或者约 80 至约 90 个微 LED，或者它们的组合。 0026 在本发明的另一方面，本发明的层合体包括具有相对于该层合体的平面面积约说明书 CN 104081523 A 6 4/6 页 7 0.005至约 0.5，或者约 0.01至约 0.1，或者约 0.01至约 0.3，或者它们的组合的平面面积的多个微 LED。 0027 LED 是人们所熟知的。LED 的供应商可包括 NthDegree Technologies ； Cree ； Osram ；和 Nichia ；或任何数目的其他 LED 供应商。在一个示例性实施例中，所述多个二极管中的每个二极管均包括。

24、GaN 和硅或蓝宝石基板。在另一个示例性实施例中，所述多个二极管中的每个二极管均包括 GaN 异质结构和 GaN 基板。在各种示例性实施例中，所述多个二极管中的每个二极管的 GaN 部分为基本上叶形的、星形的、或环形的。 0028 在一个示例性实施例中，所述多个二极管包括至少一个选自下列的无机半导体：硅、砷化镓 (GaAs)、氮化镓 (GaN)、 GaP、 InAlGaP、 InAlGaP、 AlInGaAs、 InGaNAs、和 AlInGASb。在另一个示例性实施例中，所述多个二极管包括选自下列的至少一个有机半导体： - 共轭聚合物、聚 ( 乙炔 )、聚。

25、 ( 吡咯 )、聚 ( 噻吩 )、聚苯胺、聚噻吩、聚 ( 对亚苯基硫化物 )、聚 (对苯撑乙烯)(PPV)和PPV衍生物、聚(3-烷基噻吩)、聚吲哚、聚芘、聚咔唑、聚薁、聚氮杂、聚 ( 芴 )、聚萘、聚苯胺、聚苯胺衍生物、聚噻吩、聚噻吩衍生物、聚吡咯、聚吡咯衍生物、聚硫茚、聚硫茚衍生物、聚对苯撑、聚对苯撑衍生物、聚乙炔、聚乙炔衍生物、聚二乙炔、聚二乙炔衍生物、聚对苯撑乙烯、聚对苯撑乙烯衍生物、聚萘、聚萘衍生物、聚异硫茚 (PITN)、聚杂亚芳基乙烯撑(ParV)(其中杂亚芳基基团为噻吩、呋喃或吡咯)、聚亚苯基硫化物(P。

26、PS)、聚邻萘 (PPN)、聚酞菁 (PPhc)、以及它们的衍生物、它们的共聚物和它们的混合物。 0029 无机半导体的例子可非限制地包括：硅、锗、以及它们的混合物；二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、氧化铟锡、氧化锑锡、以及它们的混合物； II-VI 半导体，它们为至少一种二价金属(锌、镉、汞和铅)和至少一种二价非金属(氧、硫、硒、和碲)的化合物，诸如氧化锌、硒化镉、硫化镉、硒化汞、以及它们的混合物； III-V 半导体，它们为至少一种三价金属 ( 铝、镓、铟、和铊 ) 与至少一种三价非金属 ( 氮、磷、砷、和锑 ) 的化合。

27、物，诸如砷化镓、磷化铟、以及它们的混合物；以及第IV族半导体，包括氢封端的硅、碳、锗、和-锡、以及它们的组合。 0030 二极管也描述于美国专利 7,799,699 B2 中。 0031 反射层 0032 本发明的层合体包括反射层。反射层设置在第一导电层和磷光粉层之间，或者设置在第一电介质层和磷光粉层之间。在一个实施例中，反射层设置在第二电介质层和磷光粉层之间。在另一个实施例中，反射层位于第一电介质层和第二电介质层之间，其中第二电介质层为透明的或基本上透明的。在另一个实施例中，反射层邻近于第二导电层，但不位于第二导电层和磷光粉层之间。 0033 反。

28、射层可为连续的、基本上连续的、或非连续的。反射层能够提供镜面反射、漫反射、或它们的组合。反射层包含反射材料。反射材料的非限制性例子包括铝、 PbSc、和 PbTe。其它例子可包括银、铂、钯、或它们的组合。在一个实施例中，反射层具有约 25nm 至约 500nm，或者约 50nm 至约 250nm，或者约 100nm 至约 200nm，或者它们的组合的厚度。在另一个实施例中，反射层为约500nm至约5um，或者约1um至约4um，或者约2um至约3um，或者它们的组合。作为另外一种选择，反射器可被构造成多层的并且用作分布式布拉格反射器 (DBR)。 00。

29、34 在本发明的一个实施例中，反射层具有相对于层合体的平面面积大于 50的平面面积。作为另外一种选择，反射磷光粉层具有相对于本文所述的发光层合体的平面面积约说明书 CN 104081523 A 7 5/6 页 8 60至约 100，或者约 70至约 100，或者约 80至约 100，或者约 90至约 100，或者约 90至约 99，或者它们的组合的平面面积。 0035 制备层合体的方法 0036 该层合体的各层中的每个均可通过沉积构成该层的材料来形成。如本文所用， “沉积” 包括本领域已知的任何及所有印刷、涂覆、轧制、喷涂、成层、溅射、电镀、旋铸 ( 或旋。

30、涂 )、气相沉积、层合、附连和 / 或其它沉积工艺，不论是冲击式的还是或非冲击式的。 “印刷” 包括本领域已知的任何及所有印刷、涂覆、轧制、喷涂、成层、旋涂、层合和/或附连工艺，不论是冲击式的还是非冲击式的，并且具体地例如非限制地包括丝网印刷、喷墨印刷、电光印刷、电墨印刷、光致抗蚀和其它抗蚀印刷、热印刷、激光射流印刷、磁印刷、移印、柔性版印刷、混合胶版印刷、凹版印刷例如轮转凹版印刷和其它凹雕印刷。所有此类工艺在本文中均被认为是沉积工艺并且可被利用。能够沉积或印刷本发明的一个或多个层的一个供应商可包括 NthDegree Technol。

31、ogies Worldwide， Inc.(Tempe， Arizona， USA.)。 0037 在本发明的一个方面，通过丝网印刷或柔性版印刷来印刷二极管。这与所谓的 “取 - 放” 印刷或转移印刷形成对比。不受理论的束缚，转移印刷二极管费用昂贵并且不允许以高效方式或节省成本的方式来沉积本文所述的二极管；或潜在地实现包括在本文的层合体中的二极管的密度 ( 每 cm2)。 0038 在本发明的一个实施例中，本发明的层合体的厚度小于 1mm，或者约 0.1mm 至小于 1mm，或者约 0.1mm 至约 0.8mm，或者约 0.1mm 至约 0.5mm，或者约 0.15mm 。

32、至约 0.35mm，或者小于约 0.5mm，或者小于约 0.4mm，或者小于约 0.3mm，或者约 0.20mm 至约 0.30mm，或者它们的组合。 0039 照明设备 0040 在本发明的一个方面，将本发明的层合体制备成照明设备。因此，该发光设备包括层合体和电接口，其中层合体能够与电接口电连通。因此，当该照明设备在功能上接合到电源并被增能时，从该设备的层合体部分发射出光。照明设备的非限制性例子包括灯泡、灯具、或灯板。电接口的非限制性例子包括： ES、 E27、 SES、 E14、 L1、 PL2 引脚、 PL4 引脚、 G9 卤素胶囊、 G4 卤素胶。

33、囊、 GU10、 GU5.3、卡口、和小卡口。Palo Alto Research Center， Inc. (Palo Alto， CA， USA) 能够将该层合体制备成照明设备。 0041 实例 1 0042 实例 1 涉及根据本发明的能够发射光的层合体 1 的横截面的一个非限制性实例 ( 未按比例绘制 )。提供了 MYLAR 的基底层 3，其形成层合体 1 的外第一侧面 21。磷光粉层 5 形成层合体 1 的外第二侧面 25。第一导电层 7( 包含银作为导电材料 ) 邻近于基底层 3。第二导电层 9 邻近于磷光粉层 5。第二导电层 9 包含纳米纤维银作为导电材料。第二导电层 9。

34、为透明的，具有大于 95的透射率。第一导电层 7 和第二导电层 9 设置在基底层 3 和磷光粉层 5 之间，并且导电层 7,9 能够被增能。第一电介质层 10 邻近于第一导电层 7，并且第二电介质层 11 邻近于第二导电层 9。电介质层 10,11 设置在第一导电层 7 和第二导电层 9 之间。( 未示出的多个微 LED 中的 ) 微 LED15 具有约 27 微米的直径。LED15 具有与第一导电层 7 电连通的第一电触点 19。LED15 具有与第二导电层 9 电连通的第二电触点 17。虽然未示出，但在每 1cm2的该层合体上设置有约 1,000 至约 5,000 个微。

35、 LED。这些 LED 为丝网印刷或柔性版印刷的。反射层 13 设置在第二电介质层 11 和第二导电层 9 之间。反射说明书 CN 104081523 A 8 6/6 页 9 层包含铝 ( 作为反射材料 )。 0043 实例 2 0044 图 2 中提供了照明设备 50 的一个非限制性实例。设备 50 可包括呈一个或多个柔性光带 60a,60b 形式的层合体。这些光带功能性地附接到电接口 70。电接口具有爱迪生式基底 90，所述基底具有用于联接到电源的爱迪生螺纹 80。 0045 本文所公开的量纲和值不可理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表。

36、示所述的值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，所公开的量纲 “40mm” 旨在表示 “约 40mm” 。 0046 除非明确排除或换句话讲有所限制，本文中引用的每一个文件，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请，均据此以引用方式全文并入本文。对任何文献的引用均不是承认其为本文公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术、或承认其独立地或以与任何其它一个或多个参考文献的任何组合的方式提出、建议或公开任何此类发明。此外，如果此文献中术语的任何含义或定义与任何以引用方式并入本文的文献中相同术语的任何含义或定义相冲突，将以此文献中赋予那个术语的含义或定义为准。 0047 尽管举例说明和描述了本发明的特定实施例，但对本领域的技术人员来讲显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此，所附权利要求中旨在包括属于本发明范围内的所有这些改变和变型。说明书 CN 104081523 A 9 1/2 页 10 图 1 说明书附图 CN 104081523 A 10 2/2 页 11 图 2 说明书附图 CN 104081523 A 11 。

摘要
申请专利号：	CN201380007064.8	申请日：	2013.02.01
公开号：	CN104081523A	公开日：	2014.10.01
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):H01L 25/075申请公布日:20141001\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H01L 25/075申请日:20130201\|\|\|公开
IPC分类号：	H01L25/075; B81C99/00; H01L23/00	主分类号：	H01L25/075
申请人：	宝洁公司
发明人：	E·J·哈泽内尔; K·S·麦克圭尔
地址：	美国俄亥俄州
优先权：	2012.02.02 US 61/593,917
专利代理机构：	上海专利商标事务所有限公司 31100	代理人：	张欣
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内容摘要

本发明公开了一种能够发射光的层合体，所述层合体包括反射层。所述反射层增加了来自层合体的光输出量。本发明还提供了一种包括改善的层合体的照明设备。

权利要求书

权利要求书1. 一种能够发射光的层合体，所述层合体包括：(a)基底层，其具有所述层合体的第一侧面；(b)磷光粉层，其具有所述层合体的第二侧面；(c)设置在所述基底层和所述磷光粉层之间的第一导电层和第二导电层；其中所述第一导电层和所述第二导电层能够被增能；其中所述第一导电层邻近于所述基底层；(d)设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间的至少第一电介质层；(e)多个微发光二极管(LED)，其中所述多个LED中的每个LED均具有约5微米至约80微米的直径；其中所述多个LED中的每个LED均包括第一电触点和第二电触点，其中所述LED的第一电触点与所述第一导电层电连通，并且其中所述LED的第二电触点与所述第二导电层电连通；其中在每1cm2的所述层合体的平面面积上设置约20至约250个微LED；和(f)反射层，其设置在所述第一导电层和所述磷光粉层之间。2. 根据权利要求1所述的层合体，其中所述多个微LED为设置在每1cm2的所述层合体上的约25至约200个微LED；并且其中所述层合体具有小于1mm的厚度。3. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个微LED为设置在每1cm2的所述层合体上的约35至约150个微LED。4. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个微LED为设置在每1cm2的所述层合体上的约40至约120个微LED。5. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个LED具有相对于所述层合体的平面面积约0.005％至约0.5％的平面面积。6. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个LED各自具有相对于所述层合体的平面面积约0.01％至约0.1％的平面面积。7. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个LED各自具有约5微米至80微米的厚度。8. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述多个LED各自具有约5微米至70微米的厚度。9. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层在所述整个层合体中为基本上连续的；并且其中所述层合体具有小于1mm的厚度。10. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层在所述整个层合体中为基本上连续的。11. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，还包括设置在所述第一电介质层和所述第二导电层之间的第二电介质层；并且其中所述反射层设置在所述第二导电层和所述磷光粉层之间。12. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层具有相对于所述层合体的平面面积约80％至约100％的平面面积。13. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述反射层具有相对于所述层合体的平面面积约90％至约100％的平面面积。14. 根据前述权利要求中任一项所述的层合体，其中所述磷光粉层具有相对于所述层合体的平面面积约90％至约100％的平面面积。15. 一种制备根据前述权利要求中任一项所述的层合体的方法，所述方法包括将LED印刷到所述第一导电层上的步骤，其中所述印刷选自丝网印刷或柔性版印刷。

说明书

说明书发光层合体及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED照明设备。
背景技术
发光二极管(LED)的使用是一种产生光的有效手段。相对小的LED(即，具有小于100微米的直径)与较大的LED相比具有冷却效率更高的有益效果。所述效率的一部分归因于所述LED能够相隔得更远并仍然按每单位面积产生有效的光输出。
斯托克斯频移磷光粉的使用是一种已知的方法，其从LED获取相对窄的发射光波长(例如470nm)，并将所述光的一部分转化为范围更广泛的较长波长，因此产生在许多照明应用中均期望的“白光”。使用降频磷光粉的一个缺点是在该过程中伴生能量(并因此效率)的损失。大部分在较大LED中损失的能量均是由于光从磷光粉被重新发射回初始光所发源的LED中。该被重新捕获的光最终损失掉了并转化为热，因而在其中磷光粉被直接涂覆到LED表面上的系统(大多数可得的“白光”LED)中，这可导致>50％的效率损失。因而需要最大化来自LED的光输出，尤其是当使用磷光粉时，具体地当使用微LED时。
报告了在发光层合体中围绕包括LED的台面使用反射材料。然而，这些层合体通常经由取-放技术或转移印刷技术来施加LED的。这些制造技术自身趋于成为更精巧或更复杂的设计(诸如台面)，但从大规模制造的角度来讲不能够节省成本。需要一种如下的层合体，其制备起来较为节省成本并且最小化了可归因于TIR的效率，尤其是当采用微LED时。
WO 2011/082497 A1；EP 2325903 A1；US 2011/0204020 A1；US 7,799,699
发明内容
本发明试图解决这些问题中的一个或多个。在本发明的第一方面，提供了一种能够发射光的层合体。该层合体包括基底层、磷光粉层、第一导电层和第二导电层、电介质层、多个微发光二极管(LED)、和反射层。基底层具有该层合体的第一侧面。磷光粉层具有该层合体的第二侧面。第一导电层和第二导电层设置在基底层和磷光粉层之间，并且能够被增能。第一导电层邻近于基底层。一个或多个电介质层设置在第一导电层和第二导电层之间。所述多个LED中的每个均具有5微米至80微米的直径。所述多个LED中的每个均具有与第一导电层连通的第一电触点，并且具有与第二导电层连通的第二电触点。在每1cm2的该层合体的平面面积上设置有20至250个LED。反射层设置在第一导电层和磷光粉层之间，或者设置在电介质层和磷光粉层之间。在本发明的一个实施例中，该层合体具有小于1mm的厚度。
本发明的第二方面提供了一种制备前述层合体的方法，所述方法包括将LED印刷到第一导电层上的步骤，其中所述印刷选自丝网印刷、柔性版印刷、或卷筒纸凹版印刷。
本发明的第三方面提供了一种包括前述层合体和电接口的照明设备以及制备该照明设备的方法，其中所述层合体能够与电接口电连通。
附图说明
图1为本发明的层合体的剖视图。
图2为由该层合体制成的照明设备的透视图。
具体实施方式
基底层
本发明的层合体包括基底层。基底层具有该层合体的第一侧面。可将任选的附加层添加到该层合体的第一侧面上，诸如保护层(例如，防水密封层、耐氧层等)。基底层通常为连续的或基本上连续的，并且提供可供第一导电层设置在其上的基板。可形成基底层的材料的非限制性例子包括：塑料、聚合物材料、橡胶、织物、玻璃、陶瓷、硅衍生材料、二氧化硅衍生材料、混凝土、石材、挤出的多烯属膜、聚合物非织造材料、纤维素纸材、以及它们的混合物。一种示例性基底可足以提供电绝缘。在一个实施例中，基底包含塑料。塑料的非限制性例子包括聚氯乙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸类树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、以及它们的共聚物、共混物、或混合物。在一个实施例中，基底层包括由拉伸的聚对苯二甲酸乙二酯制成的聚酯膜(例如，商品名Mylar、Melinex、和Hostaphan)。关于对可能的基底层材料的说明，见例如US 2011/0204020 A1，在一个实施例中，基底层为电绝缘的。
磷光粉层
本发明的层合体包括磷光粉层。磷光粉层具有该层合体的第二侧面。可将任选的附加层添加到该层合体的第二侧面上，诸如保护层(例如，防水密封层、耐氧层等)。磷光粉层通常为连续的或基本上连续的，并且将LED所生成的光转化为白光。一般来讲，磷光粉层由如下任何材料形成，所述材料能够发射出可见光谱中的光或响应于从LED发射的光(或其它电磁辐射)而偏移(例如，斯托克斯频移)发射光(或其它任何具有所选择的频率的电磁辐射)的频率。例如，包含基于磷光粉的黄色物质的层可与蓝色发光二极管一起使用以产生基本上白色的光。此类发光化合物包括各种磷光粉，它们可以各种形式中的任何形式提供，并具有各种掺杂物中的任何掺杂物。可印刷磷光粉层。因此，形成本发明的磷光粉层的组合物可包含基料(诸如购自DuPont或Conductive Compounds的磷光粉基料)，两者均有助于所述印刷工艺或其它沉积工艺，并且提供磷光粉与下面的层和后续上覆层的粘附。在一个实施例中，可以uv可固化形式或热可固化形式来提供磷光粉层。磷光粉层的一个供应商可包括Phosphor Tech Corp.(Lithia Springs，Georgia，USA)。
在一个实施例中，磷光粉层具有相对于层合体的平面面积大于50％的平面面积。作为另外一种选择，磷光粉层具有相对于本文所述的发光层合体的平面面积约60％至约100％，或者约70％至约100％，或者约80％至约100％，或者约90％至约100％，或者约90％至约99％，或者它们的组合的平面面积。
第一导电层和第二导电层
本发明的层合体包括第一导电层和第二导电层。第一导电层和第二导电层设置在基底层和磷光粉层之间。第一导电层邻近于基底层。在第一导电层和基底层之间可存在某个层，但第一导电层相比于第二导电层更接近基底层。第一导电层和第二导电层包含导电材料，使得这些层能够被增能(即，能够承载电流)。导电材料的非限制性例子可包括银、铜、氧化铟锡(ITO)、锡、铝、金、铂、贵金属、碳、炭黑、碳纳米管(“CNT”)、单壁或双壁或多壁CNT、石墨烯、石墨烯片、纳米石墨烯片，纳米碳以及纳米碳和银的组合物、纳米银组合物、或它们的组合。供应商可包括Conductive Compounds(Londonberry，NH，USA)、DuPont,、Dow Corning,Inc.、Henkel/Emerson&Cumings、Henkel/Emerson&Cumings、AGFA Corp.(Ridgefield Park，New Jersey，USA)。
在一个实施例中，第一导电层和/或第二导电层为透明的或基本上透明的。可印刷这些层。参见例如美国专利7,259,030 col.14，l.14以及下列等。在一个实施例中，第二导电层具有至少80％的透射率，优选地大于96％，或者大于97％，或98％，或99％的透射率。在另一个实施例中，导电层包含银。在另一个实施例中，第二导电层包含银的纳米纤维(购自NthDegree Technologies(Tempe，AZ))。在另一个实施例中，第一导电层和/或第二导电层为连续的或基本上连续的。对可能的导电层材料的说明描述于例如US 2011/0204020 A1，中。
电介质层
本发明的层合体包括设置在第一导电层和第二导电层之间的至少第一电介质层。在一个实施例中，该层合体包括邻近于第一电介质层的第二电介质层。电介质层起着电绝缘体的作用。在另一个实施例中，电介质层包含粘合剂材料，诸如环氧树脂、或能够热熔融的聚合物。不受理论的束缚，包含粘合剂的电介质层能够用来将各层粘结在一起。在一个实施例中，电介质层为连续的或基本上连续的。
LED
本发明的层合体包括多个发光二极管(LED)。微LED具有约5微米至约80微米，或者约5微米至约70微米，或者约10微米至约60微米，或者约15微米至约50微米，或者约20微米至约40微米，或者约15微米至约35微米，或者它们的组合的直径。在一个实施例中，LED具有小于85微米，或者小于约80微米，或者约5微米至约80，或者约10微米至约70微米，或者约15微米至约60微米，或者它们的组合的厚度。在另一个实施例中，LED在任何尺寸上均小于80微米，或者在任何尺寸上均小于约75微米，或者在任何尺寸上均小于约70微米。
可使用例如扫描电镜(SEM)、或Horiba’s LA-920来测量这些二极管的尺寸。所述Horiba LA-920仪器使用低角度夫琅和费衍射和光散射原理来测量本发明的层合体的粒度和分布。
所述多个微LED中的每个均具有第一电触点和第二电触点。第一电触点与第一导电层电连通，并且第二电触点与第二导电层电连通。这些电触点可为阳极触点或阴极触点。当LED被增能时，LED为电路的一部分；并且当该层合体被增能时，该层合体能够发射光。
在本发明的一个方面，本发明的层合体包括设置在每1cm2的层合体的平面面积上的约5至约500个微LED；或者设置在每1cm2的层合体的平面面积上的约10至约200个微LED，或者约15至约150个微LED，或者约25至约125个微LED，或者约35至约110个微LED，或者约45至约100个微LED，或者约60至约100个微LED，或者约70至约90个微LED，或者约80至约90个微LED，或者它们的组合。
在本发明的另一方面，本发明的层合体包括具有相对于该层合体的平面面积约0.005％至约0.5％，或者约0.01％至约0.1％，或者约0.01％至约0.3％，或者它们的组合的平面面积的多个微LED。
LED是人们所熟知的。LED的供应商可包括NthDegree Technologies；Cree；Osram；和Nichia；或任何数目的其他LED供应商。在一个示例性实施例中，所述多个二极管中的每个二极管均包括GaN和硅或蓝宝石基板。在另一个示例性实施例中，所述多个二极管中的每个二极管均包括GaN异质结构和GaN基板。在各种示例性实施例中，所述多个二极管中的每个二极管的GaN部分为基本上叶形的、星形的、或环形的。
在一个示例性实施例中，所述多个二极管包括至少一个选自下列的无机半导体：硅、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、GaP、InAlGaP、InAlGaP、AlInGaAs、InGaNAs、和AlInGASb。在另一个示例性实施例中，所述多个二极管包括选自下列的至少一个有机半导体：π-共轭聚合物、聚(乙炔)、聚(吡咯)、聚(噻吩)、聚苯胺、聚噻吩、聚(对亚苯基硫化物)、聚(对苯撑乙烯)(PPV)和PPV衍生物、聚(3-烷基噻吩)、聚吲哚、聚芘、聚咔唑、聚薁、聚氮杂、聚(芴)、聚萘、聚苯胺、聚苯胺衍生物、聚噻吩、聚噻吩衍生物、聚吡咯、聚吡咯衍生物、聚硫茚、聚硫茚衍生物、聚对苯撑、聚对苯撑衍生物、聚乙炔、聚乙炔衍生物、聚二乙炔、聚二乙炔衍生物、聚对苯撑乙烯、聚对苯撑乙烯衍生物、聚萘、聚萘衍生物、聚异硫茚(PITN)、聚杂亚芳基乙烯撑(ParV)(其中杂亚芳基基团为噻吩、呋喃或吡咯)、聚亚苯基硫化物(PPS)、聚邻萘(PPN)、聚酞菁(PPhc)、以及它们的衍生物、它们的共聚物和它们的混合物。
无机半导体的例子可非限制地包括：硅、锗、以及它们的混合物；二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、氧化铟锡、氧化锑锡、以及它们的混合物；II-VI半导体，它们为至少一种二价金属(锌、镉、汞和铅)和至少一种二价非金属(氧、硫、硒、和碲)的化合物，诸如氧化锌、硒化镉、硫化镉、硒化汞、以及它们的混合物；III-V半导体，它们为至少一种三价金属(铝、镓、铟、和铊)与至少一种三价非金属(氮、磷、砷、和锑)的化合物，诸如砷化镓、磷化铟、以及它们的混合物；以及第IV族半导体，包括氢封端的硅、碳、锗、和α-锡、以及它们的组合。
二极管也描述于美国专利7,799,699 B2中。
反射层
本发明的层合体包括反射层。反射层设置在第一导电层和磷光粉层之间，或者设置在第一电介质层和磷光粉层之间。在一个实施例中，反射层设置在第二电介质层和磷光粉层之间。在另一个实施例中，反射层位于第一电介质层和第二电介质层之间，其中第二电介质层为透明的或基本上透明的。在另一个实施例中，反射层邻近于第二导电层，但不位于第二导电层和磷光粉层之间。
反射层可为连续的、基本上连续的、或非连续的。反射层能够提供镜面反射、漫反射、或它们的组合。反射层包含反射材料。反射材料的非限制性例子包括铝、PbSc、和PbTe。其它例子可包括银、铂、钯、或它们的组合。在一个实施例中，反射层具有约25nm至约500nm，或者约50nm至约250nm，或者约100nm至约200nm，或者它们的组合的厚度。在另一个实施例中，反射层为约500nm至约5um，或者约1um至约4um，或者约2um至约3um，或者它们的组合。作为另外一种选择，反射器可被构造成多层的并且用作分布式布拉格反射器(DBR)。
在本发明的一个实施例中，反射层具有相对于层合体的平面面积大于50％的平面面积。作为另外一种选择，反射磷光粉层具有相对于本文所述的发光层合体的平面面积约60％至约100％，或者约70％至约100％，或者约80％至约100％，或者约90％至约100％，或者约90％至约99％，或者它们的组合的平面面积。
制备层合体的方法
该层合体的各层中的每个均可通过沉积构成该层的材料来形成。如本文所用，“沉积”包括本领域已知的任何及所有印刷、涂覆、轧制、喷涂、成层、溅射、电镀、旋铸(或旋涂)、气相沉积、层合、附连和/或其它沉积工艺，不论是冲击式的还是或非冲击式的。“印刷”包括本领域已知的任何及所有印刷、涂覆、轧制、喷涂、成层、旋涂、层合和/或附连工艺，不论是冲击式的还是非冲击式的，并且具体地例如非限制地包括丝网印刷、喷墨印刷、电光印刷、电墨印刷、光致抗蚀和其它抗蚀印刷、热印刷、激光射流印刷、磁印刷、移印、柔性版印刷、混合胶版印刷、凹版印刷例如轮转凹版印刷和其它凹雕印刷。所有此类工艺在本文中均被认为是沉积工艺并且可被利用。能够沉积或印刷本发明的一个或多个层的一个供应商可包括NthDegree Technologies Worldwide，Inc.(Tempe，Arizona，USA.)。
在本发明的一个方面，通过丝网印刷或柔性版印刷来印刷二极管。这与所谓的“取-放”印刷或转移印刷形成对比。不受理论的束缚，转移印刷二极管费用昂贵并且不允许以高效方式或节省成本的方式来沉积本文所述的二极管；或潜在地实现包括在本文的层合体中的二极管的密度(每cm2)。
在本发明的一个实施例中，本发明的层合体的厚度小于1mm，或者约0.1mm至小于1mm，或者约0.1mm至约0.8mm，或者约0.1mm至约0.5mm，或者约0.15mm至约0.35mm，或者小于约0.5mm，或者小于约0.4mm，或者小于约0.3mm，或者约0.20mm至约0.30mm，或者它们的组合。
照明设备
在本发明的一个方面，将本发明的层合体制备成照明设备。因此，该发光设备包括层合体和电接口，其中层合体能够与电接口电连通。因此，当该照明设备在功能上接合到电源并被增能时，从该设备的层合体部分发射出光。照明设备的非限制性例子包括灯泡、灯具、或灯板。电接口的非限制性例子包括：ES、E27、SES、E14、L1、PL–2引脚、PL–4引脚、G9卤素胶囊、G4卤素胶囊、GU10、GU5.3、卡口、和小卡口。Palo Alto Research Center，Inc.(Palo Alto，CA，USA)能够将该层合体制备成照明设备。
实例1
实例1涉及根据本发明的能够发射光的层合体1的横截面的一个非限制性实例(未按比例绘制)。提供了MYLAR的基底层3，其形成层合体1的外第一侧面21。磷光粉层5形成层合体1的外第二侧面25。第一导电层7(包含银作为导电材料)邻近于基底层3。第二导电层9邻近于磷光粉层5。第二导电层9包含纳米纤维银作为导电材料。第二导电层9为透明的，具有大于95％的透射率。第一导电层7和第二导电层9设置在基底层3和磷光粉层5之间，并且导电层7,9能够被增能。第一电介质层10邻近于第一导电层7，并且第二电介质层11邻近于第二导电层9。电介质层10,11设置在第一导电层7和第二导电层9之间。(未示出的多个微LED中的)微LED15具有约27微米的直径。LED15具有与第一导电层7电连通的第一电触点19。LED15具有与第二导电层9电连通的第二电触点17。虽然未示出，但在每1cm2的该层合体上设置有约1,000至约5,000个微LED。这些LED为丝网印刷或柔性版印刷的。反射层13设置在第二电介质层11和第二导电层9之间。反射层包含铝(作为反射材料)。
实例2
图2中提供了照明设备50的一个非限制性实例。设备50可包括呈一个或多个柔性光带60a,60b形式的层合体。这些光带功能性地附接到电接口70。电接口具有爱迪生式基底90，所述基底具有用于联接到电源的爱迪生螺纹80。
本文所公开的量纲和值不可理解为严格限于所引用的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲旨在表示所述的值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，所公开的量纲“40mm”旨在表示“约40mm”。
除非明确排除或换句话讲有所限制，本文中引用的每一个文件，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请，均据此以引用方式全文并入本文。对任何文献的引用均不是承认其为本文公开的或受权利要求书保护的任何发明的现有技术、或承认其独立地或以与任何其它一个或多个参考文献的任何组合的方式提出、建议或公开任何此类发明。此外，如果此文献中术语的任何含义或定义与任何以引用方式并入本文的文献中相同术语的任何含义或定义相冲突，将以此文献中赋予那个术语的含义或定义为准。
尽管举例说明和描述了本发明的特定实施例，但对本领域的技术人员来讲显而易见的是，在不背离本发明的实质和范围的情况下可作出许多其它的改变和变型。因此，所附权利要求中旨在包括属于本发明范围内的所有这些改变和变型。