CN103078047B - 一种硅烷功能化碳点激发的白光led及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种硅烷功能化碳点激发的白光LED及其制备方法，包括绝缘底座、碗形反射镜、蓝光LED芯片和透镜，碗形反射镜设置在绝缘底座上，碗形反射镜与绝缘底座之间设有导热片，绝缘底座上设置有与蓝光LED芯片连接的两个电极，蓝光LED芯片固定在碗形反射镜中，碗形反射镜的外部设置有透镜，透镜内填充满透明封装材料和硅烷功能化碳点的混合物；将有机多元酸加入在氮气保护下沸腾回流的硅烷液体中，使有机多元酸热解合成硅烷功能化碳点，将蓝光LED芯片固定在碗形反射镜中，在碗形反射镜的外部放置透镜并填充满硅烷功能化碳点和透明封装材料的混合物。本发明有利于提高LED的发光效率、使用稳定性和寿命。

Description

一种硅烷功能化碳点激发的白光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，具体的说是通过蓝光LED激发硅烷功能化碳点发光制造的一种白光LED，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，具有节能、牢固、环保、寿命长和体积小等优点，己成为光电子、照明等领域的研究热点。其中，白光LED已经成为新一代的照明光源，广泛应用于大型显示屏、景观照明、汽车用灯、液晶显示器背光源和装饰等领域。
目前，白光LED主要有三基色LED芯片组合和荧光粉转换波长得到，而后者是目前获得白光LED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，产生的多色光混合形成白光。但是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。荧光粉材料是微米或几十微米量级的固体不透明颗粒，存在较严重的挡光问题，导致发光不均匀。而且荧光粉在封装胶中是悬浊液形式存在，存在沉降问题，导致荧光粉涂覆不均匀，造成发光不均。
因此，需要研发一类新型的成本低、色域宽、显色指数高、稳定性好、透明、均匀分散的荧光转换材料来制备白光LED以解决现有技术存在的问题和不足。
发明内容
针对现有白光LED技术存在的问题，本发明提供一种硅烷功能化碳点激发的白光LED，以解决目前白光LED显色性偏低、色域偏窄和稳定性差等问题。本发明还提供一种该白光LED的制备方法。
本发明的硅烷功能化碳点激发的白光LED，采用以下技术方案：
该白光LED，包括绝缘底座、碗形反射镜、蓝光LED芯片和透镜，碗形反射镜与绝缘底座之间设有导热片，绝缘底座上设置有与蓝光LED芯片连接的两个电极，蓝光LED芯片固定在碗形反射镜中，碗形反射镜的外部设置有透镜，透镜内填充满透明封装材料和硅烷功能化碳点的混合物，该混合物将电极与蓝光LED芯片的连接线、碗形反射镜和蓝光LED芯片包裹在绝缘底座上。
所述蓝光LED芯片的发射波长为420nm-480nm。
所述硅烷功能化碳点是将有机多元酸加入氮气保护下沸腾回流硅烷液体中使有机多元酸热解合成得到的硅烷共价键修饰的功能化碳点，是一种透明、均匀、稳定的胶体发光材料，避免了传统荧光粉在封装胶中的沉降、分散性差、颗粒不均匀、吸收和透过不均匀等问题。碳点的制备均温度较低，与传统荧光粉的高温生产工艺相比，具有操作温度低，制作时间短等优势。
所述硅烷功能化碳点的激发波长从绿光520nm到红光650nm，通过蓝光LED激发发红绿黄光碳点按不同比例混合后的硅烷功能化碳点，可以得到不同颜色、色度值、色温、显色指数的白光LED。
透明封装材料为环氧树脂、硅胶或硅树脂等。
上述白光LED通过碳点在蓝光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。
上述白光LED的制备方法，包括以下步骤:
（1）使硅烷在氮气保护下沸腾回流，将有机多元酸以0.002g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液体中，使多元酸热解合成硅烷共价键结合的功能化碳点，冷却纯化后即得到透明、均匀、稳定的胶体发光材料硅烷功能化碳点；通过控制柠檬酸的加入量和反应时间可以得到发黄光、绿光和红光的硅烷功能化碳点；
（2）在绝缘底座上固定导热片，再将碗形反射镜固定在导热片上，
（3）将发射波长为420nm-480nm的蓝光LED芯片固定在碗形反射镜中，将两个电极分别置于绝缘底座的两侧，并分别通过金线与蓝光LED芯片P电极和N电极焊接在一起；
（4）将步骤（1）制备的硅烷功能化碳点与透明封装材料（环氧树脂、硅胶、硅树脂等）按体积比1:99到70:30之间的比例混合均匀，制成混合物；
（5）在碗形反射镜的外部放置透镜，将两个电极与金线的焊接点、金线、碗形反射镜和蓝光LED芯片包裹在绝缘底座1上，在透镜内填充满步骤（4）制备的混合物，然后置于烘箱中85-160°C下加热1-3小时，固化后即得到白光LED。
步骤（4）中的硅烷功能化碳点的可以是发黄光的硅烷功能化碳点，可以是发红光、绿光和黄光的三种硅烷功能化碳点中任意两种任意比例的混合体，也可以是发红光、绿光和黄光的三种硅烷功能化碳点任意比例的混合体。
本发明利用蓝光LED芯片激发碳点发光制备白光LED，碳点的制备温度较低，与传统荧光粉的高温生产工艺相比，具有操作温度低，制作时间短等优势，解决了目前LED照明技术中显色性偏低、色域较窄和稳定性差等问题，碳点与透明封装材料互溶，可以直接填充封装，避免了传统荧光粉在分散剂中的沉降、分散性差、颗粒不均匀、吸收和透过不均匀等问题，碳点具有高的稳定性，使LED的使用稳定性高、寿命长，有利于提高LED的发光效率。
附图说明
图1是本发明硅烷功能化碳点激发的白光LED的结构示意图。
图2是本发明制备的白光LED的发光光谱图。
图3是本发明制备的白光LED的色度坐标图。
其中：1、绝缘底座，2、导热片，3、碗形反射镜，4、金线，5、蓝光LED芯片，6、混合物，7、电极，8、透镜。
具体实施方式
如图1所示，本发明的硅烷功能化碳点激发的白光LED包括绝缘底座1、碗形反射镜3、蓝光LED芯片5和透镜8，碗形反射镜3与绝缘底座1之间设有导热片2，绝缘底座1的两侧各设置一个电极7，蓝光LED芯片5固定在碗形反射镜3中，两个电极7分别通过一根金线4与蓝光LED芯片5连接，碗形反射镜3的外部设置有透镜8，透镜8内填充满透明封装材料和硅烷功能化碳点混合后的混合物6，该混合物将蓝光LED芯片5与两个电极7的连接金线4、碗形反射镜3和蓝光LED芯片5包裹在绝缘底座1上。
上述白光LED的制备方法，包括以下步骤:
（1）制备硅烷功能化碳点，使硅烷（如：γ-(β-氨乙基)氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷等）在氮气保护下沸腾回流，将有机多元酸（如：酒石酸、柠檬酸、琥珀酸、均苯四甲酸、苹果酸等）以0.002g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液体中，使多元酸热解合成硅烷共价键结合的功能化碳点，冷却纯化后即得到透明、均匀、稳定的胶体发光材料硅烷功能化碳点。
有机多元酸以0.002g/mL-0.05g/mL的比例加入回流的硅烷液体，反应1min-60min得到发绿光碳点；多元酸以0.05g/mL-0.4g/mL的比例加入回流的硅烷液体，反应1min-90min得到发黄光碳点；多元酸以0.4g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液体，反应1min-100min得到发红光碳点。
（2）在绝缘底座1上固定导热片2，再将碗形反射镜3固定在导热片2上，
（3）将发射波长为420nm-480nm的蓝光LED芯片固定在碗形反射镜3中，将两个电极7分别置于绝缘底座1的两侧，并分别通过金线4与蓝光LED芯片5的P电极和N电极焊接在一起。
（4）将步骤（1）制备的硅烷功能化碳点与透明封装材料（环氧树脂、硅胶或硅树脂等）按体积比1:99到70:30之间的比例混合均匀，制成混合物。一定比例的碳点与透明封装材料混合物可以直接填充封装。
（5）在碗形反射镜3的外部放置透镜8，将两个电极7与金线4的焊接点、金线4、碗形反射镜3和蓝光LED芯片5包裹在绝缘底座1上，在透镜8内填充满步骤（4）制备的混合物，然后置于烘箱中85-160°C下加热1-3小时，固化后即得到白光LED。
步骤（4）中的硅烷功能化碳点的可以是发黄光的硅烷功能化碳点，可以是发红光、绿光和黄光的三种硅烷功能化碳点中任意两种任意比例的混合体，也可以是发红光、绿光和黄光的三种硅烷功能化碳点任意比例的混合体。优选的是发出黄光的硅烷功能化碳点，或者是发出绿光和红光的硅烷功能化碳点以体积比1:1的混合体。
其中，采用发出黄光的硅烷功能化碳点以10:90的体积比混合于透明封装材料（环氧树脂、硅胶或硅树脂）中形成的混合物以及发射波长为460nm的蓝光LED芯片得到的白光LED的发光光谱图和色度坐标图如图2和图3所示。

Claims (5)

1.一种硅烷功能化碳点激发的白光LED，包括绝缘底座、碗形反射镜、蓝光LED芯片和透镜，碗形反射镜设置在绝缘底座上，其特征是：碗形反射镜与绝缘底座之间设有导热片，绝缘底座上设置有与蓝光LED芯片连接的两个电极，蓝光LED芯片固定在碗形反射镜中，碗形反射镜的外部设置有透镜，透镜内填充满透明封装材料和硅烷功能化碳点的混合物，该混合物将电极与蓝光LED芯片的连接线、碗形反射镜和蓝光LED芯片包裹在绝缘底座上；所述蓝光LED芯片的发射波长为420nm-480nm；所述硅烷功能化碳点是将有机多元酸加入氮气保护下沸腾回流硅烷液体中使有机多元酸热解合成得到的硅烷共价键修饰的功能化碳点。
2.一种权利要求1所述硅烷功能化碳点激发的白光LED的制备方法，其特征是：包括以下步骤:
(1)制备硅烷功能化碳点，使硅烷在氮气保护下沸腾回流，将有机多元酸以0.002g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液体中，使有机多元酸热解合成硅烷共价键结合的功能化碳点，冷却后即得到硅烷功能化碳点；
(2)在绝缘底座上固定导热片，再将碗形反射镜固定在导热片上，
(3)将发射波长为420nm-480nm的蓝光LED芯片固定在碗形反射镜中，将两个电极分别置于绝缘底座的两侧，并分别通过金线与蓝光LED芯片P电极和N电极焊接在一起；
(4)将步骤(1)制备的硅烷功能化碳点与透明封装材料按体积比1:99到70:30之间的比例混合均匀，制成混合物；
(5)在碗形反射镜的外部放置透镜，将两个电极与金线的焊接点、金线、碗形反射镜和蓝光LED芯片包裹在绝缘底座上，在透镜内填充满步骤(4)制备的混合物，然后置于烘箱中85-160℃下加热1-3小时，固化后即得到白光LED；
所述步骤(4)中的硅烷功能化碳点是发黄光的硅烷功能化碳点，或者是发红光、绿光和黄光的三种硅烷功能化碳点中任意两种任意比例的混合体，或者是发红光、绿光和黄光的三种硅烷功能化碳点任意比例的混合体。
3.根据权利要求2所述硅烷功能化碳点激发的白光LED的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中有机多元酸以0.002g/mL-0.05g/mL的比例加入回流的硅烷液体，反应1分钟-60分钟得到发绿光硅烷功能化碳点。
4.根据权利要求2所述硅烷功能化碳点激发的白光LED的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中有机多元酸以0.05g/mL-0.4g/mL的比例加入回流的硅烷液体，反应1分钟-90分钟得到发黄光硅烷功能化碳点。
5.根据权利要求2所述硅烷功能化碳点激发的白光LED的制备方法，其特征是：所述步骤(1)中有机多元酸以0.4g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液体，反应1分钟-100分钟得到发红光硅烷功能化碳点。
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