[发明专利]稳定的有机发光涂层

说明书

本发明公开一种稳定的白光发光二极管(WLED)涂层，是由多个生物及有机材料所组成且不含稀土元素。

技术领域

本文公开整体上涉及稳定的有机发光涂层及其用途。

背景技术

标准的发光二极管(LED)器件的操作原理是基于半导体p-n结的电致发光：施加电流至器件后，电子与空穴发生重组，并伴随有热及/或光子的发射，其中后者可产生具有特征波长的光，所述特征波长的光与n型及p型半导体的导带及价带之间的差异有关。此发明自上世纪末以来，由于发光二极管技术的显著进步(诸如使用寿命长、低功耗、高可靠性及高环境效益)，此等器件已对日常生活产生一革命性的影响。彼等被广泛用于照明应用，自家用至手持式电子产品再至汽车和航空。于2016年，占260亿美元的全球市场价值，预计至2022年时翻倍。

由于白光发射是发光二极管最常被使用的应用，因此白光发光二极管(W发光二极管)已被特别的关注。由于白光的产生需要发射可见光谱的一宽带部分，因此发光二极管通常为接近单色光的来源，因此不能被直接使用于产生白光的工作。取而代之，此等需要发光二极管与三种原色(红色，R、绿色，G及蓝色B)的一组合或互补的混合(蓝色及黄色)。白色成分之间的比例提供不同的“水平”的白光，所述白光可通过数种标准的方法以而进行定量。

两种实用的方法可产生白光发光二极管。第一种为在一个器件中组合三种原色RGB，并对彼等独立地操作，以发出白光。第二种为利用蓝光或紫外光(UV)发光二极管通过一光子对光子的方法而激发一荧光体材料(所述第一种是由发光二极管产生的，而所述第二种是由涂层中所存在的荧光体材料产生)的能量转换而发出白光。

目前，适用于此作业的磷光体材料的数量有限。此等化合物主要包含稀土元素(REE)，诸如铈、铕、钆、镧、铽及钇。所述稀土元素的独特电子结构(f轨域的相继填补)提供彼等出色的光学的、发光的、电子的及磁性的性能，因此彼等亦被使用于各种消费产品，诸如计算机、手机及电视。全球对于稀土元素的需求以每年8-12％的速度增长。然而，存在许多与稀土元素的采矿、单离、再利用及再循环相关的环境议题及成本问题。因此，开发出一种低成本且不含REE的涂层是非常重要的，所述涂层相较于习知的白光发光二极管具有竞争优势。

发光二极管荧光体材料被掺入一聚合的“主体”基体中。虽然其非为涂层的光学活性成分，然而所述主体基体在发光二极管性能中扮演重要的角色。可使用各种聚合材料，例如环氧树脂、环氧/硅酮混合物、硅酮或玻璃。彼等的制造方法以及彼等的最终性能极度受到诸如湿度及温度的环境参数的影响，所述环境参数亦会影响最终的发光二极管的性能及其制造成本。由于此等限制，因此本领域技术人员持续寻找可能替代REE的替代材料。此等包括无机材料，例如Sb³⁺-、Mn²⁺-掺杂的卤代磷酸钙、聚合材料，例如聚[((9,9-二己基芴)-共-交替-(9,9-二己基双(6-迭氮基己基)芴)](PFA)、聚[(9,9-二己基芴)-co-交替-(9,9-双(6-溴己基)芴)](PFB)及聚[9,9-二己基-9氢-芴](PF)，以及诸如罗丹明B(RhB)及异硫氰酸荧光素(FITC)的有机材料。

目前，常见的商用白光发光二极管是由一发光二极管蓝色芯片所制成，所述发光二极管蓝色芯片的Ce³⁺：Y₃Al₅O₁₂(Ce：YAG)黄色荧光体是封装于硅酮/环氧树脂内。此种类型的一有机聚合物粘合剂的热稳定性差，且于来自芯片的所累积的热能下会老化。因此，有关高功率或短波长的激发光源，其操作会受到限制。

在制备白光发光二极管涂层的另一挑战在于其架构。仅有严格控制组件之间的能量转移激子扩散，方能通过混合所述原色而实现白光。此是由于经物理封闭的染料于激发时可产生非辐射的交互作用(例如Foerster共振能量转移)，从而导致不良的发射位移。针对此问题，数个解决方案已被提出，包括将荧光体材料以足够远的距离彼此分开，或者保持在分隔层中的方式掺杂至一发射层(基体填充材料)中。