CN105674101A - 一种量子点led照明灯具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种量子点LED照明灯具及其制备方法：包括灯头、散热基板、设置于所述散热基板上的LED芯片或LED芯片组、设置于所述散热基板上的反光杯以及设置于所述反光杯上的灯罩，所述LED芯片或LED芯片组通过引线与设置于所述灯头内的LED电源相连，所述反光杯内设置有量子点光转换器件，所述量子点光转换器件包括与所述LED芯片或LED芯片组相对的透明薄片，以及设置于所述透明薄片单侧表面或双侧表面上的透光膜层，所述透光膜层内分散有若干种量子点。本发明不仅解决了LED管芯温度升高对量子点发光影响的问题，而且可获得多种颜色的光和白光，解决目前的量子点LED灯具成本过高问题，也可根据需要获得不同方式的配光。

Description

一种量子点LED照明灯具及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种照明灯具及其制备方法，特别涉及一种可实现多种颜色和良好配光的量子点LED照明灯具及其制备方法。

背景技术

发光二极管是一种新型固体冷光源，具有低阈值电压、高亮度、低能耗、长寿命、结构紧凑、体积小、重量轻、响应快、无辐射、无污染以及多色发光等优点，被称为第四代光源。

然而，传统的LED照明灯具存在诸多缺陷：1.价格昂贵；2.出光效率低；3.实际使用寿命和理论寿命存在很大差距；4.散热能力不好，发热量较大；5.不能很好的实现色温的控制；6.灯具的配光方式单一；7.颜色鲜艳度不够，显色指数不高。

半导体量子点即为零维纳米材料，它在三个维度上的尺寸都与电子平均自由程相近，具有独特的分立能级体系，因此又被称为人造原子。由于量子尺寸效应，量子点以CdSe为例具有以下特点：只需控制CdSe的粒径大小，就可以得到发光波长几乎可以覆盖整个可见光波长段的荧光；荧光峰的半峰全宽很窄，一般在25nm左右；在包覆更宽禁带的同族量子点如ZnS或CdS后，荧光效率可提高80％，且抗荧光衰退能力得到极大的增强。作为一种可见光发光纳米材料，早在1994年，Colvin等就开始关注其在电光器件上的应用。近几年来，在可见光波段发光的II-VI族半导体量子点作为极佳备选材料也已被应用于LED器件，其中以CdSe/ZnS基的核壳结构量子点为典型代表。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子点LED照明灯具及其制备方法，可以得到不同颜色和配光的照明灯具。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种量子点LED照明灯具，包括灯头、设置于灯头上的散热基板、设置于所述散热基板上的由硅胶封装的LED芯片或LED芯片组、设置于所述散热基板上的反光杯以及设置于所述反光杯上的灯罩，所述LED芯片或LED芯片组通过引线与设置于所述灯头内的LED电源相连，所述反光杯内设置有量子点光转换器件，所述量子点光转换器件包括与所述LED芯片或LED芯片组相对的厚度为0.1-5mm的透明薄片，以及设置于所述透明薄片单侧表面或双侧表面上的厚度为50nm-500μm的透光膜层，所述透光膜层内分散有若干种量子点，量子点光转换器件与所述LED芯片或LED芯片组的距离为2-8cm。

所述散热基板采用铝基板。

所述LED芯片采用COB封装、支架型封装或者SMD封装；所述LED芯片或LED芯片组发射蓝光或紫外光。

所述灯罩采用球面磨砂灯罩、非球面磨砂灯罩、球面微透镜阵列灯罩或非球面微透镜阵列灯罩，所述灯罩的材料为玻璃或塑料。

所述透明薄片采用塑料、玻璃、晶体或者其它透明材料；所述透明薄片是柔性或刚性，所述透明薄片的形状与所述反光杯的截面形状相应。

当设置于所述透明薄片的某一侧表面的透光膜层中分散有多种量子点时，该多种量子点按一定的几何分布分别分散在不同的几何区域内。

所述几何分布采用连续排列的条带形式或扇区形式。

上述量子点LED照明灯具的制备方法，包括以下步骤：

首先在加工好的散热基板上固定LED芯片或LED芯片组，并焊接金线；然后将所述LED芯片或LED芯片组用硅胶封装；在加工好的透明薄片的单侧或双侧表面上涂覆分散有量子点的混合液，并经过烘干制备得到所述透光膜层，然后将所述透明薄片固定在反光杯内部，然后将所述反光杯的一端固定在所述散热基板上，并使所述LED芯片或LED芯片组与所述透明薄片相对；然后在所述反光杯的另一端固定灯罩，最后将所述散热基板固定在灯头上，并用引线连接所述灯头内的LED电源与所述LED芯片或LED芯片组。

所述涂覆的方法采用旋涂、喷墨打印、丝网印刷或喷涂。

所述混合液由0.5mg/mL-10mg/mL量子点溶液(溶剂为甲苯或正己烷)和1mg/mL-50mg/mLPMMA的丙酮溶液混合而成，量子点溶液与PMMA的丙酮溶液的混合比例为1:1-15:1(体积比)。

本发明与现有技术相比，至少具有以下优点：本发明利用量子点光转换器件，不仅解决了LED管芯温度升高对量子点发光影响的问题，而且可获得多种颜色的光和白光，解决目前的量子点LED灯具成本过高问题，也可根据需要获得不同方式的配光。

附图说明

图1是本发明所述量子点LED照明灯具的封装结构示意图；

图2是蓝光LED对应的单层量子点薄膜的几何分布示意图；其中，a为扇区形式，b为连续排列的条带形式；

图3是蓝光LED对应的双层量子点薄膜的分布示意图；

图4是紫外LED对应的单层量子点薄膜的几何分布示意图；其中，a为扇区形式，b为连续排列的条带形式；

图中，1为铝基板，2为LED芯片，3为反光杯，4为光转换器件，5为灯罩，6为LED电源，7为灯头，8为引线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

如图1所示，本发明所述量子点LED照明灯具包括灯头7、设置于灯头7上的1～5mm厚铝基板1、固晶于所述铝基板1上发射蓝光或紫外光的LED芯片2或LED芯片2组(固晶于铝基板上，可提高散热效率，实现良好的散热)、固定在所述铝基板1上的反光杯3、位于所述反光杯3内部并与所述LED芯片2或LED芯片2组相对的量子点光转换器件4以及位于所述反光杯3上实现配光的灯罩5，所述LED芯片2或LED芯片2组通过引线8与位于所述灯头7内的LED电源6相连。

对于封装单个LED芯片2的情况，LED芯片2固晶于所述铝基板1上，并通过金线与所述铝基板1上的电极相连，电极通过向下延伸的引线8(穿过铝基板1)与所述LED电源6相连；对于封装LED芯片2组的情况，多个LED芯片2呈一定排列方式一一固晶于所述铝基板1上，并通过设置于所述铝基板1上的铜箔电路串联，然后铜箔电路通过向下延伸的引线8(穿过铝基板1)与所述LED电源6相连。

所述LED芯片可采用COB封装，也可采用普通的支架型封装，或者SMD封装。可使用大功率LED芯片，也可使用小功率LED芯片。

所述反光杯3可以是塑料、金属、玻璃或其它任何能够成型的材料，内部镀上银、铝或其它高反射材料的薄膜，使芯片和量子点发射的光高效利用。

所述量子点光转换器件4包括透明薄片，透明薄片可以采用塑料、玻璃、晶体或者其它透明材料制成。透明薄片可以是柔性的，也可以是刚性的。不同量子点可涂覆在透明薄膜的两面或一面，或呈一定的几何分布涂覆在同一面或两面的不同区域。将量子点涂覆在透明薄片上构成能够把蓝光或紫外光转换为白光、单色或复色光的光转换器件(量子点在LED芯片所发部分蓝光或紫外光的激发下发出相应颜色的光，并与透过光转换器件的LED芯片所发蓝光或紫外光部分混合)。

所述灯罩5做成球面磨砂玻璃形式、平面磨砂玻璃形式、球面微透镜阵列形式或平面微透镜阵列形式等各种形状，可以使光线变得柔和或者照射到需要的方向上，实现良好的配光(二次配光)。

所述LED电源6为将220V交流转直流的电源。

所述灯头7可以是螺纹形式，也可以是插座形式。

上述量子点LED照明灯具的封装方法包括以下步骤：

1.铝基板导入：按要求加工铝基板1，经清洗、烘干备用；

2.芯片检验：检验LED芯片2的极性及电极大小以及芯片尺寸大小是否符合工艺要求，材料表面是否有机械损伤；

3.固晶：利用AD8930自动固晶机进行固晶；

4.焊线：利用Eagle60自动焊线机焊接金线；

5.检测：检查焊线部分是否有漏焊、断线等情况，以确保LED芯片2之间连接状态良好；

6.点胶：在常温下，利用点胶机在铝基板1上点围坝胶，然后在120～130℃条件下固化1～1.5小时；

9.封装及固化：将搅拌均匀的硅胶涂覆在围坝胶所围的区域内，完全覆盖住LED芯片；接着，在120～130℃条件下固化2～2.5小时；

10.旋涂量子点薄膜：分别将不同种类量子点的溶液和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的丙酮溶液按比例混合，使用旋涂机在透明薄片上旋涂以上混合后溶液，通过转速调节控制膜厚，然后放到烘箱里于50～60℃条件烘烤0.5～1小时，即制作完成量子点光转换器件4；

11.光转换器件的安装：将量子点光转换器件4粘卡在反光杯3里，再将反光杯3固定在铝基板1上；

12.灯头的安装：将铝基板1上芯片组的两边各打一个小孔，然后将芯片的电极引线8沿小孔穿过铝基板1，并和灯头7中LED电源6的电极相连；然后再将铝基板1用胶和灯头7粘连在一起。

13.灯罩的安装：用紫外光固胶在反光杯3上粘连灯罩5，然后用紫外光固化，即得量子点LED照明灯具；

14.测试：将得到的量子点LED照明灯具进行光电参数以及外形尺寸的测试。

例1

参见图2a，采用10个0.5wLED蓝光芯片，透明薄片材料为无色塑料，透明薄片(2mm)仅一侧表面上按扇区划分为3部分，其中一部分不涂覆量子点薄膜，第二部分涂覆红色量子点薄膜(500μm)，所使用的涂覆溶液配方为(浓度8mg/mLCdSe/ZNS核壳结构量子点的甲苯或正己烷溶液和浓度为10mg/mLPMMA的丙酮溶液，量子点溶液:PMMA的丙酮溶液的体积比＝12:1)，第三部分涂覆绿色量子点薄膜(500μm)，所使用的涂覆溶液配方(浓度8mg/mLCdSe/ZNS核壳结构量子点的甲苯或正己烷溶液和浓度为10mg/mLPMMA的丙酮溶液，量子点溶液:PMMA的丙酮溶液的体积比＝12:1)。上述量子点薄膜即量子点分散在膜材料PMMA中。

当量子点光转换器件4从20摄氏度升温到100摄氏度过程中，蓝光的峰值波长未变，为455nm；而红光的的峰值波长在红移，且强度在下降。因此，为了避免LED芯片2工作时对量子点光转换器件4温度的影响，同时考虑发光效率问题，将量子点光转换器件4与所述LED芯片2或LED芯片2组的距离设定为2-8cm。

参见图2b，与图2a相比，采用连续排列的条带形式，第一列不涂覆量子点薄膜，第二列涂覆绿色量子点薄膜，第三列涂覆红色量子点薄膜，并按此顺序逐列交替涂覆量子点薄膜。取得的效果与实例1相似。

例2

参见图3，无色透明薄片两侧表面分别涂覆量子点薄膜，与蓝光LED芯片距离较近一侧表面涂覆红色量子点薄膜，与蓝光LED芯片距离较远一侧表面涂覆绿色量子点薄膜，其他与实例1相同。

例3

参见图4a，采用紫外光LED芯片，无色透明薄片仅一侧表面上按扇区划分为3部分，其中一部分涂覆蓝色量子点薄膜，第二部分涂覆红色量子点薄膜，第三部分涂覆绿色量子点薄膜。

参见图4b，与图4a相比，采用连续排列的条带形式，左起第一列涂覆蓝色量子点薄膜，第二列涂覆绿色量子点薄膜，第三列涂覆红色量子点薄膜，并按此顺序逐列交替涂覆量子点薄膜。

除以上给出的例子外，本发明中：

如果产生白光，对蓝光激发而言，调整红色和绿色量子点的用量，可以发出不同色温的白光，满足不同场合的需求。

如果产生白光，对紫外光激发而言，调整红色、绿色、蓝色量子点的用量可以发出不同色温的白光，满足不同场合的需求。

如果产生单色或者复色光，调整量子点的种类和用量，即可产生所需要的颜色。

Claims (9)

1.一种量子点LED照明灯具，其特征在于：包括灯头(7)、设置于灯头(7)上的散热基板、设置于所述散热基板上的由硅胶封装的LED芯片(2)或LED芯片(2)组、设置于所述散热基板上的反光杯(3)以及设置于所述反光杯(3)上的灯罩(5)，所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组通过引线(8)与设置于所述灯头(7)内的LED电源(6)相连，所述反光杯(3)内设置有量子点光转换器件(4)，所述量子点光转换器件(4)包括与所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组相对的厚度为0.1-5mm的透明薄片，以及设置于所述透明薄片单侧表面或双侧表面上的厚度为50nm-500μm的透光膜层，所述透光膜层内分散有若干种量子点，量子点光转换器件(4)与所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组的距离为2-8cm。

2.根据权利要求1所述一种量子点LED照明灯具，其特征在于：所述散热基板采用铝基板(1)。

3.根据权利要求1所述一种量子点LED照明灯具，其特征在于：所述LED芯片(2)采用COB封装、支架型封装或者SMD封装；所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组发射蓝光或紫外光。

4.根据权利要求1所述一种量子点LED照明灯具，其特征在于：所述灯罩(5)采用球面磨砂灯罩、非球面磨砂灯罩、球面微透镜阵列灯罩或非球面微透镜阵列灯罩，所述灯罩(5)的材料为玻璃或塑料。

5.根据权利要求1所述一种量子点LED照明灯具，其特征在于：所述透明薄片采用塑料、玻璃、晶体或者其它透明材料；所述透明薄片是柔性或刚性，所述透明薄片的形状与所述反光杯(3)的截面形状相应。

6.根据权利要求1所述一种量子点LED照明灯具，其特征在于：当设置于所述透明薄片的某一侧表面的透光膜层中分散有多种量子点时，该多种量子点按一定的几何分布分别分散在不同的几何区域内。

7.根据权利要求6所述一种量子点LED照明灯具，其特征在于：所述几何分布采用连续排列的条带形式或扇区形式。

8.一种制备如权利要求1所述量子点LED照明灯具的方法，其特征在于：包括以下步骤：

首先在加工好的散热基板上固定LED芯片(2)或LED芯片(2)组，并焊接金线；然后将所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组用硅胶封装；在透明薄片的单侧或双侧表面上涂覆分散有量子点的混合液，并经过烘干制备得到所述透光膜层，然后将所述透明薄片固定在反光杯(3)内部，然后将所述反光杯(3)的一端固定在所述散热基板上，并使所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组与所述透明薄片相对；然后在所述反光杯(3)的另一端固定灯罩(5)，最后将所述散热基板固定在灯头(7)上，并用引线(8)连接所述灯头(7)内的LED电源(6)与所述LED芯片(2)或LED芯片(2)组。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述涂覆的方法采用旋涂、喷墨打印、丝网印刷或喷涂。