CN102339937B - 一种利用量子点荧光粉制造的白光led及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用量子点荧光粉制造的白光LED，解决目前LED技术中显色性偏低、色域较窄和稳定性差等问题。本发明的利用量子点荧光粉制造的白光LED，其包括有散热底座1、金线2、量子点及硅胶混合物3、紫光或蓝光芯片4、取光透镜5、填充硅胶6和电极7，两个电极7固定在散热底座1的两端，紫光或蓝光芯片4固定在散热底座1上并处于两个电极之间，两个电极分别通过金线2与紫光或蓝光芯片4连接，量子点及硅胶混合物3覆盖在紫光或蓝光芯片4上，填充硅胶6将两个电极7、金线2、量子点及硅胶混合物3和紫光或蓝光芯片4覆盖在散热底座1上，填充硅胶6外面设置有取光透镜5。

Description

一种利用量子点荧光粉制造的白光LED及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种白光LED及其制备方法，更具体地说是涉及一种利用量子点荧光粉制造的白光LED及其制备方法，属于半导体照明技术领域。
背景技术
LED是一种新型固态光源，因具有环保、能耗低、产热低、寿命长和体积小等优点而备受关注，已成为光电子、照明工程领域的热点。其中，白光LED作为新一代的照明光源正逐步受到人们的青睐，主要应用于显示屏及显示器光源、景观照明、汽车用灯、小尺寸背光源及装饰等领域。
目前，获得白光LED的技术方案主要分为LED芯片组合和荧光转换，而后者是目前白光LED领域的主流技术。如利用InGaN蓝光LED芯片激发稀土荧光粉，或者用紫外LED芯片激发外层三基色荧光粉，产生多色光，混合而发出白光。然而，当前稀土荧光粉的光谱中缺少红色成分，导致其显色指数和发光效率都不高，且荧光粉的制备通常采用传统的高温固相法，合成温度高，导致成本高，不利于LED的商业化发展。同时，三基色不同荧光粉的吸收/激发/发射光谱、寿命、耐热、化学稳定性不一致，色坐标和色域不易调制，且发光材料之间因光线的交互相吸而降低了LED荧光产率，对白光LED的应用造成了巨大的阻碍。因此，需要研发一类新型的低成本，宽色域，高显色指数，稳定性好的的荧光粉来制备白光LED以解决现有技术存在的问题和不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用量子点荧光粉制造的白光LED，解决目前LED技术中显色性偏低、色域较窄和稳定性差等问题。
本发明还提供该利用量子点荧光粉制造的白光LED的制备方法。
本发明的利用量子点荧光粉制造的白光LED，其包括有散热底座1、金线2、量子点及硅胶混合物3、紫光或蓝光芯片4、取光透镜5、填充硅胶6和电极7，两个电极7固定在散热底座1的两端，紫光或蓝光芯片4固定在散热底座1上并处于两个电极之间，两个电极分别通过金线2与紫光或蓝光芯片4连接，量子点及硅胶混合物3覆盖在紫光或蓝光芯片4上，填充硅胶6将两个电极7、金线2、量子点及硅胶混合物3和紫光或蓝光芯片4覆盖在散热底座1上，填充硅胶6外面设置有取光透镜5。
本发明的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其包括以下步骤：将选取的量子点按比例混合于硅胶中，并涂敷于已固好晶焊好线的紫光或蓝光芯片上，硅胶固化后，在紫光或蓝光芯片上盖上取光透镜，之后在取光透镜内填充满高折射率填充胶，填充胶固化后即得到白光LED。
本发明的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其进一步的技术方案是所述的紫光芯片发射峰值范围为340～390nm，蓝光芯片发射峰值范围为440～480nm。
本发明的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的量子点为荧光碳量子点或II-VI族半导体量子点中的至少一种。
本发明的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其再进一步的技术方案是所述的荧光碳量子点的化学结构式为CaHbOcNd，其中，0.1≤a≤0.9，0.005≤b≤0.1，0.1≤c≤0.9，0≤d≤0.15，a+b+c+d＝1。
本发明的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其再进一步的技术方案还可以是所述II-VI族半导体量子点为CdTe量子点，或以CdTe量子点为主要成分的核壳量子点；更进一步的技术方案是所述的以CdTe量子点为主要成分的核壳量子点为CdTe/CdS或CdS/CdTe/CdS或CdTe/CdS/CdS或CdTe/ZnS或CdTe/CdSe或CdTe/CdS/ZnS或CdTe/CdSe/CdTe或CdTe/CdSe/ZnS。
本发明的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的量子点以按比例混合于硅胶中量子点与硅胶的混合比例为5∶95～40∶60。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果和特点：
1、利用量子点荧光粉制造的白光LED发光装置，解决的技术问题是目前LED照明技术中显色性偏低、色域较窄和稳定性差等问题。
2、本发明所涉及的碳量子点以及II-VI族半导体量子点的制备均是在较低温度下制得的，与传统荧光粉的生产工艺相比，具有操作温度低，制作时间短等优势。
3、本发明涉及的量子点荧光粉的吸收光谱较宽，从300～480nm范围内的激发效果都非常好，因此非常适合紫外、紫光或蓝光LED的激发。
4、本发明涉及的量子点在上述条件激发下获得的发射光强度非常高，有利于提高LED的发光效率。
5、本发明所涉及的碳量子点具有激发响应特性，激发波长的红移会导致发射的红移，发射位置可以精确调谐，因此采用不同的LED芯片，可以得到不同颜色的LED。
6、本发明所涉及的量子点具有较高的稳定性，LED的使用寿命长。
附图说明
图1为本发明利用量子点荧光粉制造白光LED的一种结构示意图。
图2为本发明实施例1中LED发光层-碳量子点的荧光发射光谱图。
图3为本发明实施例1中LED的发射光谱图。
图4为本发明实施例2中LED发光层-碳量子点和CdTe量子点复配的发射光谱图。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
本发明中所使用的碳量子点是通过以下方法制备的：
首先通过乳液聚合制备具有单分散性的聚丁二烯乳液、聚丙烯酸丁酯乳液、聚丙烯腈乳液、聚甲基丙烯酸乳液、聚甲基丙烯酸甲酯乳液、聚苯乙烯乳液、聚苯乙烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯核壳乳液、聚苯乙烯/丙烯酸核壳乳液或聚苯乙烯/甲基丙烯酸羟乙酯核壳乳液前驱体，乳液前驱体的固含量为3％～60％，乳液胶体粒子的粒径为50～300nm；通过对乳液前驱体进行沉淀，并以3000～15000rpm的离心速度离心15～30min得到乳液胶体粒子的沉淀；将胶体粒子沉淀于60～120℃烘干后，研磨均匀，置于石英舟中，在管式炉中进行煅烧，煅烧气氛是惰性气氛，煅烧温度为200～700℃，煅烧时间为0.5～4小时；煅烧后的样品磨成粉末后，分散于水中，置于100W功率超声振荡器中，在40kHz频率下超声30～120min；所得溶液以3000～15000rpm的离心速度离心15～30min除去沉淀，再用一种或几种1～30kDa范围内的截留分子量的透析袋或超滤膜对上清液进行分离；收集滤过液，60～120℃烘干后得到荧光碳量子点。
实施例1
如图1所示，本发明的利用量子点荧光粉制造的白光LED，其包括有散热底座1、金线2、量子点及硅胶混合物3、紫光或蓝光芯片4、取光透镜5、填充硅胶6和电极7，两个电极7固定在散热底座1的两端，紫光或蓝光芯片4固定在散热底座1上并处于两个电极之间，两个电极分别通过金线2与紫光或蓝光芯片4连接，量子点及硅胶混合物3覆盖在紫光或蓝光芯片4上，填充硅胶6将两个电极7、金线2、量子点及硅胶混合物3和紫光或蓝光芯片4覆盖在散热底座1上，填充硅胶6外面设置有取光透镜5。其中量子点为可发出白光的碳量子点，将其以15∶85的比例混合于硅胶中，并涂敷在已固好晶焊好线的紫光芯片(发射波长为370nm)上，150℃烘烤60min使其固化，盖上透镜，并在透镜内填充满高折射率填充胶，之后再置于烘箱中150℃下烘烤60min使填充胶固化后即可制得白光LED。
实施例2
其LED构造与实施例1中相同。其中量子点荧光粉为蓝色碳量子点与黄色CdTe量子点以5∶1的比例复配的混和量子点，再将量子点混合物以10∶90的比例混合于硅胶中，并涂敷在已固好晶焊好线的紫光芯片(发射波长为370nm)上，150℃烘烤60min使其固化，盖上透镜，并在透镜内填充满高折射率填充胶，之后再置于烘箱中150℃下烘烤60min使填充胶固化后即可制得白光LED。
实施例3
其LED构造与实施例1中相同。其中量子点荧光粉为蓝色，黄色，红色碳量子点以1∶2∶3的比例复配的混合量子点，再将此量子点混合物以15∶85的比例混合于硅胶中，并涂敷在已固好晶焊好线的紫光芯片(发射波长为390nm)上，150℃烘烤60min使其固化，盖上透镜，并在透镜内填充满高折射率填充胶，之后再置于烘箱中150℃下烘烤60min使填充胶固化后即可制得白光LED。
实施例4
其LED构造与实施例1中相同。其中量子点荧光粉为黄色碳量子点，将其以15∶85的比例混合于硅胶中，并涂敷在已固好晶焊好线的蓝光芯片(发射波长为450nm)上，150℃烘烤60min使其固化，盖上透镜，并在透镜内填充满高折射率填充胶，之后再置于烘箱中150℃下烘烤60min使填充胶固化后即可制得白光LED。
实施例5
其LED构造与实施例1中相同。其中量子点荧光粉为黄色碳量子点与红色CdTe/CdS核壳量子点以10∶1的比例复配的混合量子点，再将此量子点混合物以15∶85的比例混合于硅胶中，并涂敷在已固好晶焊好线的蓝光芯片(发射波长为450nm)上，150℃烘烤60min使其固化，盖上透镜，并在透镜内填充满高折射率填充胶，之后再置于烘箱中150℃下烘烤60min使填充胶固化后即可制得白光LED。

Claims (5)

1.一种利用量子点荧光粉制造的白光LED，其特征在于包括有散热底座（1）、金线（2）、量子点及硅胶混合物（3）、紫光或蓝光芯片（4）、取光透镜（5）、填充硅胶（6）和电极（7），两个电极（7）固定在散热底座（1）的两端，紫光或蓝光芯片（4）固定在散热底座（1）上并处于两个电极之间，两个电极分别通过金线（2）与紫光或蓝光芯片（4）连接，量子点及硅胶混合物（3）覆盖在紫光或蓝光芯片（4）上，填充硅胶（6）将两个电极（7）、金线（2）、量子点及硅胶混合物（3）和紫光或蓝光芯片（4）覆盖在散热底座（1）上，填充硅胶（6）外面设置有取光透镜（5）；其中所述的量子点为荧光碳量子点或CdTe量子点或以CdTe量子点为主要成分的核壳量子点，所述的荧光碳量子点的化学结构式为CaHbOcNd，其中，0.1≤a≤0.9，0.005≤b≤0.1，0.1≤c≤0.9，0≤d≤0.15，a+b+c+d=1。
2.一种利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将选取的量子点按比例混合于硅胶中，并涂敷于已固好晶焊好线的紫光或蓝光芯片上，硅胶固化后，在紫光或蓝光芯片上盖上取光透镜，之后在取光透镜内填充满高折射率填充胶，填充胶固化后即得到白光LED；其中所述的量子点为荧光碳量子点或CdTe量子点或以CdTe量子点为主要成分的核壳量子点，所述的荧光碳量子点的化学结构式为CaHbOcNd，其中，0.1≤a≤0.9，0.005≤b≤0.1，0.1≤c≤0.9，0≤d≤0.15，a+b+c+d=1。
3.根据权利要求2所述的利用量子点荧光粉制造白光LED的制备方法，其特征在于所述的紫光芯片发射峰值范围为340~390nm，蓝光芯片发射峰值范围为440~480nm。
4.根据权利要求2所述的利用量子点荧光粉制造的白光LED的制备方法，其特征在于所述的以CdTe量子点为主要成分的核壳量子点为CdTe/CdS或CdS/CdTe/CdS或CdTe/CdS/CdS或CdTe/ZnS或CdTe/CdSe或CdTe/CdS/ZnS或CdTe/CdSe/CdTe或CdTe/CdSe/ZnS。
5.根据权利要求2所述的利用量子点荧光粉制造的白光LED的制备方法，其特征在于所述的量子点以按比例混合于硅胶中量子点与硅胶的混合比例为5:95~40:60。
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