一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜的制作方法

本发明属于装饰照明技术领域，具体是指一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜。

背景技术：

随着人们生活质量的提高，单纯的白光led已经不能满足人们对装饰照明的需求，为获得多种颜色的led光，目前已经提出多种获得多色发光的方法，其中，红绿蓝(rgb)芯片的组合是制造多色设备(例如景观照明灯，液晶屏等)的最常用方法，但是，采用这种方法的产品需要设计电路，控制电流调整光色，操作复杂且成本过高。为解决上述难题，现有技术通过点胶法制备多彩led荧光膜。

申请号cn109755233a的专利公开了一种采用led点胶封装工艺来制备多彩led的方法，其措施是将荧光粉与胶混合，经点胶烘烤后封装制备led；但是此种混胶方法获得的多色光由于荧光粉的相互接触会增加内部二次吸收，降低发光效率。

技术实现要素：

为解决上述现有技术难题，本发明基于混光原理的加色法原理，提出了用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜，通过确定红绿蓝(rgb)荧光粉的比例和像素阵列的布局，以获得多种颜色的发光，相比于直接混合减少红绿蓝(rgb)荧光粉出射光与其他荧光粉颗粒的相互接触，减少了内部二次吸收，进一步提高多彩led的发光效率，降低成本。

本发明采用的技术方案如下：一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜，包括图案化的平面红绿蓝(rgb)荧光粉像素阵列，所述红绿蓝(rgb)荧光粉像素阵列包括led红色色块、led绿色色块和led蓝色色块，所述led红色色块、led绿色色块和led蓝色色块均为大小相同且相互独立的正方型结构，所述红绿蓝(rgb)荧光粉像素阵列中每一个色块代表一个像素点，色块数目越多代表所占比例越高，通过调整其像素点单位尺寸，获得均匀的光线出射，相互独立的色块排列降低荧光粉出射光与其他荧光粉颗粒相互作用概率，所述led红色色块、led绿色色块和led蓝色色块排布方式及空间占比由混光原理的加色法原理确定，通过调整led红色色块、led绿色色块和led蓝色色块的空间占来实现多色出光；根据混光原理中的加色发原理，每一种颜色的光都可以采用红绿蓝(rgb)三种颜色的光按照一定比例混合而出，因此红绿蓝(rgb)三种颜色的光称作原色光，红绿蓝(rgb)三原色两两混合称为一次混光，一次混光可以得到三种新的颜色，分别为红色与绿色混光得到的黄色，红色与蓝色混光得到的紫色，绿色与蓝色混光得到的青色；将红绿蓝(rgb)三原色光与一次混光得到的新的颜色的光再次进行两两混合称为二次混光，二次混光可以得到新的9种不同颜色的光，以此类推还可进行三次混光、四次混光等，光的颜色随着混光次数的增加也不断丰富。

所述用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜的制备包括下列步骤：

1)材料准备：预备led红色荧光粉、led绿色荧光粉、led蓝色荧光粉、有机载体、辅助封装材料和辅助封装设备；

2)基于混光原理设计荧光粉层排布图案模板：采用均匀等间距的排布方式，根据混光原理的加色法原理设计不同混光次数的排布图案模板；

3)制备具有点阵排布结构的荧光膜，步骤包括过筛、称量、混合、除泡、印刷、烘干工序，将led红色荧光粉、led绿色荧光粉或led蓝色荧光粉进行过筛处理，将过筛之后的led红色荧光粉、led绿色荧光粉或led蓝色荧光粉分别与有机载体混合制备相应颜色的粉体胶，并在步骤2)设计的图案模板上对应位置涂覆印刷，形成相应的led红色色块、led绿色色块或led蓝色色块，荧光膜结构中不同的颜色代表不同的色块；

4)将相应的led红色色块、led绿色色块或led蓝色色块组成的荧光膜结构封装成型。

进一步地，所述led红色荧光粉为氮化物荧光粉及其衍生物；所述led绿色荧光粉为硅酸盐荧光粉及其衍生物；所述led蓝色荧光粉为bam荧光粉及其衍生物。

进一步地，所述混光次数可采用一次混光、二次混光或多次混光。

进一步地，所述印刷步骤采用丝网印刷法、掩膜法、喷涂法中的一种或多种。

进一步地，所述封装材料包括绝缘胶、硅胶、消泡剂和扩散剂，所述辅助封装设备包括led支架。

作为优选地，所述有机载体在荧光胶中含量为25wt％。

采用上述方案本发明取得的有益效果如下：本发明采用新型多彩led用荧光膜结构，利用混光原理中的加色法原理，通过确定图案化的平面红绿蓝(rgb)荧光粉像素阵列的比例和像素阵列的布局，荧光膜采取相互独立、均匀等间距的点阵排布结构实现多彩出光，相比于完全混合与直接混合红绿蓝(rgb)荧光粉获得的荧光膜，降低荧光粉的相互接触，减少其内部的二次吸收行为，进一步提高多彩led的发光效率。本发明制作的led荧光膜可以实现15种输出颜色，并且基于加色方法，可以获得更多输出颜色，这一重大改进扩展了装饰照明领域行业中像素阵列红绿蓝(rgb)荧光粉层的应用领域，同时，荧光膜层结构的设计可以改善封装led的光学性能，包括出光效率、光色均匀性、色温等，实现了多彩出光，并通过调整其像素点单位尺寸，获得均匀的光线出射。

附图说明

图1为本发明一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜的加色法原理混光过程示意图；

图2为本发明一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜不同红绿蓝(rgb)荧光粉混合比例的荧光膜结构；

图3为本发明一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜的led荧光粉层排布图案模板；

图4为本发明一种用于装饰照明的新型点阵结构的荧光膜的光学参数测试结果图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为加色法原理混光过程图，其中序号1-3号光分别代表三原色光，序号1代表1号红色荧光粉，序号1代表2号绿色荧光粉，序号3代表3号蓝色荧光粉；序号4-6号代表一次混光得到的三种新颜色，分别为1号红色与2号绿色混光得到的4号黄色，1号红色与3号蓝色混光得到的5号紫色，2号绿色与3号蓝色混光得到的6号青色；序号7-15号代表将红绿蓝(rgb)三原色光与一次混光得到的新的颜色的光再次进行两两混合得到的新的9种不同颜色的光，分别为1号红色与4号黄色混光得到的7号，1号红色与5号紫色混光得到的8号，1号红色与6号青色混光得到的9号，2号绿色与4号黄色混光得到的10号，2号绿色与5号紫色混光得到的11号，2号绿色与6号青色混光得到的12号，3号蓝色与4号黄色混光得到的13号，3号蓝色与5号紫色混光得到的14号，3号蓝色与6号青色混光得到的15号，以此类推还可进行三次混光、四次混光等，光的颜色随着混光次数的增加也不断丰富。

图2为基于混光原理的基础上设计的相应的荧光膜结构，图2中的1-15号荧光粉层排布图案模板分别代表图1所述不同混光次数与混光过程中的1-15号光，其中1-3号为红绿蓝(rgb)荧光粉原色荧光膜，4-6号为红绿蓝(rgb)荧光粉经一次混光的荧光膜，7-15为红绿蓝(rgb)荧光粉经二次混光的荧光膜。

图3为荧光粉层排布图案模板，图3(a)是红绿蓝(rgb)三原色在图2中不同模板下的三原色的位置分布，图3(b)代表图3(a)中位置1的位置分布，图3(c)代表图3(a)中位置2的位置分布，图3(d)代表图3(a)中位置3的位置分布，可将红绿蓝(rgb)三原色根据混色需要涂覆在相应的位置1、位置2或者位置3处。

图4(a)为实施例制备的7-15号荧光膜，图4(b)为实施例制备的7-9号荧光膜的光学参数测试结果图，图4(c)为实施例制备的10-12号荧光膜的光学参数测试结果图，图4(d)为实施例制备的13-15号荧光膜的光学参数测试结果图。

如图1-4所示，通过模版印刷技术制作了多彩的荧光粉层，以验证发光的实际效果(包括光色和均匀性)。根据不同红绿蓝(rgb)荧光粉混合比例设计了15种边长为20mm，厚度为1mm的点阵结构荧光粉模板。在先前专利一种新型白光led用荧光膜结构及制备方法(cn109935677a)中详细介绍了荧光粉模板制备方法，下列实施例中4-15的样品是通过相同的方法获得的，其中，7-15荧光粉层因为具有相似的配置，可以用相同的模版印刷，如图3所示，分别有三个模版图3(b)、图3(c)和图3(d)负责图3(a)中的位置1、2和3。对于具有三种荧光粉的荧光粉层，首先将一种红绿蓝(rgb)荧光粉与有机载体混合并在位置1上印刷，在干燥后将另一种荧光粉混合并在1处印刷，位置2或3，后续步骤类似。通过chameleon-qy系统(zolixinstrumentsco.，ltd，北京，中国)获得15个荧光粉层的光学性能，包括光谱，实际的输出光颜色和色度坐标。

实施例1：制备图2中7-9多彩荧光膜

1)预备步骤：备好紫外光芯片，led用荧光粉及其他封装材料；本实施实例中紫外光芯片激发波长为360nm，1w；led红色荧光粉为n630荧光粉，从紫外波段300nm到蓝色波段500nm左右都有较稳定的激发效率，发射光谱的峰值波为625nm；绿色荧光粉为s525荧光粉，从300nm到480nm左右都有较稳定的激发效率，发射光谱的峰值波为525nm；蓝色荧光粉为bam荧光粉，从350nm到400nm左右都有较稳定的激发效率，发射光谱的峰值波为450nm；其他的封装材料包括led支架、绝缘胶、硅胶、消泡剂、扩散剂等。

2)制备荧光粉层的排布图案模板：采取均匀等间距的排布方式，其中不同的颜色代表不同的色块。本实施实例采取正方形排布方式，采取丝网印刷的方式制备正方排布模型，网板目数为150目，像素点1.0×1.0mm，总共20×20个色块区域。

3)制备图2中7号荧光膜，为了对多彩荧光膜进行区分，将7号命名为7-rgb310：分别制备红、绿、蓝荧光粉粉体胶并涂覆在无色透明薄板表面(pmma)形成红色色块、绿色色块、蓝色色块：荧光粉与有机载体混合，红、绿、蓝的质量分数分别为25wt％，利用丝网印刷的方式在图3(a)1位置上涂覆红色荧光粉，80℃烘干30min；在图3(a)2位置上涂覆红色荧光粉，80℃烘干30min；在图3(a)3位置上涂覆绿色荧光粉，80℃烘干30min。

4)制备图2中8号荧光膜,为了对多彩荧光膜进行区分，将8号命名为8-rgb301,利用丝网印刷的方式在图3(a)1上涂覆红色荧光粉，80℃烘干30min；在图3(a)2位置上涂覆红色荧光粉，80℃烘干30min；在图3(a)3位置上涂覆蓝色荧光粉，80℃烘干30min。其他步骤一样。

5)制备图2中9号荧光膜,为了对多彩荧光膜进行区分，将9号命名为9-rgb211，利用丝网印刷的方式在图3(a)1上涂覆红色荧光粉，80℃烘干30min；在图3(a)2位置上涂覆蓝色荧光粉，80℃烘干30min；在图3(a)3位置上涂覆绿色荧光粉，80℃烘干30min。

6)利用量子产率积分球对光学参数测试。

实施实例2：制备图2中10-12多彩荧光膜

步骤与实施实例一相同，只有丝网印刷的位置有差别，这个可以根据图2中10-13的形状进行丝网印刷，为了对多彩荧光膜进行区分，将10号命名为10-rgb130,将11号命名为11-rgb121,将10号命名为10-rgb131。

实施实例3：制备图3中13-15多彩荧光膜

步骤与实施实例一相同，只有丝网印刷的位置有差别，这个可以根据图2中10-13的形状进行丝网印刷，为了对多彩荧光膜进行区分，将13命名为13-rgb112,将14号命名为14-rgb103,将15号命名为15-rgb013。

上述3种实施实例的光学性能测试结果如图4所示：

从图4中可以看出，对于特定的红绿蓝(rgb)荧光粉，调整丝网印刷时所用的红绿蓝(rgb)荧光粉的空间占比，即可调整其最终出射光谱中对应荧光粉的峰值强度，从而改变出光颜色。

1)不同结构的荧光膜内部会发生不同程度的二次吸收行为，导致相同含的荧光粉使用量最终出射的光中红绿蓝(rgb)三种颜色光的含量不同，造成最终出射的光色不同，因此通过调整荧光膜层的排布结构可以实现多彩出光。

2)在本次实验所使用的红绿蓝(rgb)荧光粉中，绿色荧光粉具有最高的发光强度，其次是红色荧光粉，发光强度最弱的是蓝色荧光粉。对于蓝色荧光粉，根据15-rgb031和8-rgb301两条曲线可以发现：当蓝色荧光粉含量相同时，8-rgb301具有较强的蓝光出射，说明绿色荧光粉对蓝光的吸收强度高于红色荧光粉。对比7-rgb310和8-rgb301两条曲线可以发现：当红色荧光粉含量一定时，7-rgb310具有较强的红光出射，说明红色荧光粉主要吸收绿光，其次吸收蓝光能量。当然，对于不同种类的荧光粉结果可能不同，其对不同光线的吸收能力以及荧光粉本身的发射强度受其吸收系数、激发光谱、发射光谱等综合因素的影响。

3)通过调整红绿蓝(rgb)荧光粉在透明薄板上的占比可以方便的改变最终led产品的出光颜色，且颜色混合范围广泛，在红绿蓝(rgb)荧光粉所对应的三个cie坐标围城的三角形范围内，混合的光色可以任意调整，其混光精度与红绿蓝(rgb)荧光粉的混合比例直接相关。

4)采用结构7至结构15结合丝网印刷技术制备出样品，通过量子产率积分球测量cie坐标数组以及实际激发时的出光颜色可以看出，出光颜色与模拟结果基本一致，吻合较好。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。