CN107093661A - 一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜及其制备方法 - Google Patents

一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，用于为LED配光，其特征在于，包括透镜主体，所述透镜主体的出射面为两个半圆形或者半椭圆形形成的双球蝴蝶状，表面有一凹槽，透镜主体底部设有锥形扩散孔，所述锥形扩散孔下端设有装有LED芯片的支架；所述透镜主体的上表面涂覆有量子点粉，在量子点粉的外面包覆一层与所述透镜主体相同的材料；所述量子点粉为全无机钙钛矿材料制成。本发明制备的光学透镜达到高色域、发光角度大等优点，又可以隔绝热源，减少热量对量子点粉的影响，提高成品灯珠的热稳定性。

Description

一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜及 其制备方法
技术领域
本发明涉及到LED透镜技术领域，特别是一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜。
背景技术
量子点(Quantum Dot，QD)又可以称为纳米晶，是一种把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，通常由II－VI族或III－V族元素组成，粒径介于1～10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构，受激后可以发射荧光。目前商业的量子点材料主要以CdSe为主，荧光量子产率为50％-90％，且含有Cd等有毒金属，极易对环境造成危害。因此，近两年一种新的量子点体系引起了人们的广泛关注，这种全无机钙钛矿材料，因为具有很高的荧光量子产率(高达90％)、荧光波长可调且覆盖整个可见光波段、线宽窄等优点，有望可以应用到新一代的量子点显示和照明技术中。
基于量子点材料很容易受温度的影响而失效的特性，目前应用到商业上的背光部分主要是将其做成两种形式。其一，通过量子点膜片实现，LED蓝光芯片激发量子点膜片上的量子点材料，通过光色复合形成白光。其二是通过量子点灯管实现，LED蓝光芯片激发量子点灯管上的量子点材料，进而获得白光。但是，无论采取哪种方式都存在工艺复杂、光转化效率低、成本较高以及难以实现大规模生产等问题。
已有的将量子点材料制成薄膜附着在光学透镜的表面的主要方法是：
第一步：在无氧化气氛中，将透镜原料加热升温至软化点，使用模具对透镜原料施压成型；
第二步：保持所施压力，自然冷却降温至透镜原料的软化点以下，脱模得到透镜毛坯；
第三步：使用喷涂或印刷工艺在上述透镜毛坯的表面布置一层碳量子点材料，然后再用二次模具加压并加热升温至原料的软化点，保温时间30分钟；第四步：保持所施压力，自然冷却，得到有量子点激发层的透镜。
传统方法是将红绿荧光粉或者黄色荧光粉与封装胶混合，然后点涂在蓝光芯片上，通过光色复合形成白光，再根据灯珠的型号搭配不同类型的光学透镜，根据光线在不同界面发生折反射，进而调整光的分布。
①荧光粉与封装胶混合，然后点涂在蓝光芯片上，由于无法对荧光粉的涂覆厚度和形状进行精确控制，导致出射光色彩不一致，容易偏蓝光或者偏黄光；
②荧光粉直接涂覆在芯片上，由于光散射的存在，出光效率较低；
③荧光粉直接涂覆在芯片上，由于芯片表面温度上升，荧光粉量子效率降低，加速荧光粉的老化；
④目前商用的荧光粉大都为YAG粉或硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON，色域仅能达到90％左右，远远不能满足当今社会对更高能效、更高色域的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，用于为LED配光，包括透镜主体，所述透镜主体的出射面为两个半圆形或者半椭圆形形成的双球蝴蝶状，表面有一凹槽，
透镜主体底部设有锥形扩散孔，所述锥形扩散孔下端设有装有LED芯片的支架；
所述透镜主体的上表面涂覆有量子点粉，在量子点粉的外面包覆一层与
所述透镜主体相同的材料；所述量子点粉为全无机钙钛矿材料制成。
较佳地，所述透镜主体的材质为硅胶透镜、PMMA透镜、PC透镜或玻璃透镜。
较佳地，所述透镜为折射式光学透镜。
较佳地，所述全无机钙钛矿材料为第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物。
较佳地，所述量子点粉的化学式为ABX3，其中A为Na、K、Rb、Cs；B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I。
较佳地，所述量子点粉为1种、2种或以上的量子点粉。
较佳地，所述量子点粉内还混有至少一种荧光粉，所述荧光粉包括YAG粉、硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON。
较佳地，光学透镜表面涂覆的量子点粉至少一层，量子点粉上覆盖的透明材料与透镜材质相同，且至少覆盖一层。
较佳地，所述的光学透镜表面的量子点粉通过喷涂或者印刷的工艺涂覆。
本发明还提供了一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在无水无氧的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至原料的软化点附近，利用模具对原料施压成型，得到透镜毛坯；
S2：在透镜毛坯上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工；
S3：使用喷涂或印刷工艺在透镜毛坯的表面涂覆一层厚度10um-30um的CsPbX3量子点粉，然后将同材料的薄膜覆盖在透镜毛坯上，之后同二次模具一起加热升温至原料的软化点附近并保温一段时间；
S4：经过冷却脱模即可得到涂覆有量子点粉的光学透镜。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用的全无机钙钛矿材料为第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物，其化学式为ABX3(A为Na、K、Rb、Cs；B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I)；以CsPbX3(X为Cl、Br、I)为主的的量子点材料荧光量子产率可以达到90％以上，且线宽窄(半波宽大约为10-20nm左右)，色域高达100％-150％；
将量子点粉涂覆在光学透镜的表面，相比于荧光粉与胶体的混合，量子点表面积更大，有更多的光线穿过透镜来激发表面量子点，光源的发光效率更高；
将以CsPbX3(X为Cl、Br、I)为主的量子点粉涂覆在光学透镜的表面，既能用于直下式LED背光，达到高色域、发光角度大等优点，又可以隔绝热源，减少热量对量子点粉的影响，提高成品灯珠的热稳定性；
量子点由于自身的特性可以通过调控量子点的尺寸和颗粒大小从而精确控制量子点的发射光谱和色纯度，进而能够发出颜色更纯、光转化效率更高的优质白光。
附图说明
图1为本发明提供的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜结构示意图；
图2为本发明提供的光学透镜制备方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本本发明提供了一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，用于为LED配光，包括透镜主体1，所述透镜主体1的出射面2为两个半圆形或者半椭圆形形成的双球蝴蝶状，表面有一凹槽，
透镜主体底部设有锥形扩散孔3，所述锥形扩散孔3下端设有装有LED芯片的支架6；
所述透镜主体的上表面涂覆有量子点粉4，在量子点粉的外面包覆一层与所述透镜主体相同的材料7；所述量子点粉为全无机钙钛矿材料制成。
本实施例中所述透镜主体的材质为硅胶透镜、PMMA透镜、PC透镜或玻璃透镜。
其中所述透镜为折射式光学透镜。
所述全无机钙钛矿材料为第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物。
所述量子点粉的化学式为ABX3，其中A为Na、K、Rb、Cs；B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I。
所述量子点粉为1种、2种或以上的量子点粉。
本实施例提供的所述量子点粉内还混有至少一种荧光粉，所述荧光粉包括YAG粉、硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON。
光学透镜表面涂覆的量子点粉至少一层，量子点粉上覆盖的透明材料与透镜材质相同，且至少覆盖一层。
所述的光学透镜表面的量子点粉通过喷涂或者印刷的工艺涂覆。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜制备方法，其包括以下步骤：
S1：在无水无氧的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至原料的软化点
附近，利用模具对原料施压成型，得到透镜毛坯；
S2：在透镜毛坯上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工；
S3：使用喷涂或印刷工艺在透镜毛坯的表面涂覆一层厚度10um-30um的CsPbX3量子点粉，然后将同材料的薄膜覆盖在透镜毛坯上，之后同二次模具一起加热升温至原料的软化点附近并保温一段时间；
S4：经过冷却脱模即可得到涂覆有量子点粉的光学透镜。
本发明采用的全无机钙钛矿材料为第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物，其化学式为ABX3(A为Na、K、Rb、Cs；B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I)；以CsPbX3(X为Cl、Br、I)为主的的量子点材料荧光量子产率可以达到90％以上，且线宽窄(半波宽大约为10-20nm左右)，色域高达100％-150％；
将量子点粉涂覆在光学透镜的表面，相比于荧光粉与胶体的混合，量子点表面积更大，有更多的光线穿过透镜来激发表面量子点，光源的发光效率更高；
将以CsPbX3(X为Cl、Br、I)为主的量子点粉涂覆在光学透镜的表面，既能用于直下式LED背光，达到高色域、发光角度大等优点，又可以隔绝热源，减少热量对量子点粉的影响，提高成品灯珠的热稳定性；
量子点由于自身的特性可以通过调控量子点的尺寸和颗粒大小从而精确控制量子点的发射光谱和色纯度，进而能够发出颜色更纯、光转化效率更高的优质白光。
以上实施例仅用于举例说明本发明的内容，除上述实施方式外，本发明还有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，用于为LED配光，其特征在于，包括透镜主体，所述透镜主体的出射面为两个半圆形或者半椭圆形形成的双球蝴蝶状，表面有一凹槽，
透镜主体底部设有锥形扩散孔，所述锥形扩散孔下端设有装有LED芯片的支架；
所述透镜主体的上表面涂覆有量子点粉，在量子点粉的外面包覆一层与所述透镜主体相同的材料；所述量子点粉为全无机钙钛矿材料制成。
2.如权利要求1所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述透镜主体的材质为硅胶透镜、PMMA透镜、PC透镜或玻璃透镜。
3.如权利要求1所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述透镜为折射式光学透镜。
4.如权利要求1所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述全无机钙钛矿材料为第Ⅰ主族、第Ⅳ主族与第Ⅶ主族中的元素形成的三元化合物，以及由其他元素包覆形成的核壳结构或者掺杂有其他元素形成的纳米化合物。
5.如权利要求1所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述量子点粉的化学式为ABX3，其中A为Na、K、Rb、Cs；B为Si、Ge、Sn、Pb，X为Cl、Br、I。
6.如权利要求5所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述量子点粉为1种、2种或以上的量子点粉。
7.如权利要求6所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述量子点粉内还混有至少一种荧光粉，所述荧光粉包括YAG粉、硅酸盐、氮化物荧光粉、KSF荧光粉、β-SiAlON。
8.如权利要求1所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，光学透镜表面涂覆的量子点粉至少一层，量子点粉上覆盖的透明材料与透镜材质相同，且至少覆盖一层。
9.如权利要求1所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜，其特征在于，所述的光学透镜表面的量子点粉通过喷涂或者印刷的工艺涂覆。
10.如权利要求1-9任一项所述的新型的全无机钙钛矿量子点材料薄膜涂覆的光学透镜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在无水无氧的环境中，将透镜原料和模具一起加热升温至原料的软化点附近，利用模具对原料施压成型，得到透镜毛坯；
S2：在透镜毛坯上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工；
S3：使用喷涂或印刷工艺在透镜毛坯的表面涂覆一层厚度10um-30um的CsPbX3量子点粉，然后将同材料的薄膜覆盖在透镜毛坯上，之后同二次模具一起加热升温至原料的软化点附近并保温一段时间；
S4：经过冷却脱模即可得到涂覆有量子点粉的光学透镜。
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