CN107994103B - 一种钙钛矿量子点倒装led光源 - Google Patents

一种钙钛矿量子点倒装led光源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钙钛矿量子点倒装LED光源，包括支架、芯片、钙钛矿量子点胶体、隔离结构组成。本发明采用无金线倒装工艺，比传统封装形式节省成本20%左右。此量子点材料采用钙钛矿量子点/二氧化硅复合材料。这种材料由于量子点表面包覆了二氧化硅基质，抑制了不同卤化物间的离子交换反应，不但维持了原有量子点的效率还具有非常好的稳定性。同时此封装方式采用全陶瓷支架和顶部隔离装置实现了对量子点材料的隔水隔氧保护。

Description

一种钙钛矿量子点倒装LED光源
技术领域
本发明涉及照明和背光显示领域，尤其涉及一种钙钛矿量子点倒装LED光源。
背景技术
量子点的光电特性很独特，它受到电或光的刺激，会根据量子点的直径大小，发出各种不同颜色的非常纯正的高质量单色光。而量子点应用到显示技术的主要原理，是通过纯蓝光源，激发量子点中不同尺寸的量子点晶体，从而释放纯红光子和纯绿光子，并与剩余的纯蓝光投射到呈像系统上面，这样就可以借助量子点发出能谱集中、非常纯正的高质量红/绿单色光，完全超越传统LED背光的荧光粉发光特性，实现更佳的成像色彩。相比传统的LED光源，量子点LED具有发光颜色纯、发光性能稳定、高效节能、颜色可调等优势。用量子点LED做背景光源制作的液晶显示设备，其色域值更高，可以达到NTSC110%以上，能够给人更好的视觉感受。用量子点LED做照明的产品，可做到全光谱，接近自然光。
然而目前量子点合成工艺复杂，成本高。目前应用于on-chip封装方式的量子点材料主要是cdse/zns，其对温度敏感度高，极不稳定，容易失效。这就形成了一个难点，如何将量子点材料以on-chip的方式实现封装并大规模商业化应用，是当前要解决的技术难题。
发明内容
本发明目的在于提供一种钙钛矿量子点倒装LED光源，量子点材料采用钙钛矿量子点/二氧化硅复合材料。这种材料由于量子点表面包覆了二氧化硅基质，抑制了不同卤化物间的离子交换反应，不但维持了原有量子点的效率还具有非常好的稳定性。同时此封装方式采用全陶瓷支架和顶部隔离装置实现了对量子点材料的隔水隔氧保护。
本发明采用的技术方案为：
一种钙钛矿量子点倒装LED光源，包括支架，所述由支架内底部设有芯片，所述支架腔体内填充钙钛矿量子点胶体，所述支架上方设有隔离结构，所述支架和隔离结构之间设有粘接剂。
优选地，所述支架为全陶瓷支架。具有良好的密封和导热性能。
进一步优选地，所述支架为碗杯状。
优选地，所述芯片为倒装蓝光芯片。具有优越的电学及热学性能，有通过电流大、发光亮度高等特点。
优选地，所述钙钛矿量子点胶体为通过搅拌，将钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料分散在硅胶中，再采用点胶、喷涂或者印刷的方式使其填充在支架碗杯内，所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料、硅胶的质量比为0.1-0.2:0.9-0.8。
更进一步优选地，所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料包括按照重量份计的以下组分：
钙钛矿量子点5-25份，二氧化硅800-1200份，聚甲基丙烯酸甲酯5-15份，凯可胶25-45份。
优选地，所述隔离结构（4）为高透光率的玻璃或者聚碳酸酯制成。
优选地，所述粘接剂（5）为锡膏或者玻璃熔块。
制作权利要求1-7任意一项所述钙钛矿量子点倒装LED光源的制作方法，所述方法包括以下步骤：
1）先将芯片固在支架内；
2）在支架内注入钙钛矿量子点胶体；
3）在支架上表面敷上粘接剂；
4）安装隔离结构，放入70-80℃烘箱内烘烤0.5-2.5小时，然后使粘接剂反应固化，使隔离结构和支架完全贴合密封；
5）烘烤固化：经步骤4）处理后放入70-80℃烘箱内烘烤2.5-5.5小时，使钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料和硅胶的混合体完全固化；
完成钙钛矿量子点倒装LED光源的制作。
优选地，所述步骤2）注入方法可采用点胶或喷涂或印刷。
本发明有益效果：
1、此发明专利采用倒装工艺，无需使用金线，与常规有金线LED相比，可节省成本20%左右。
2、采用量子点材料作为发光材料，能发出能谱集中、非常纯正的高质量红/绿单色光，完全超越传统LED的荧光粉发光特性。相比传统的LED光源，量子点LED具有发光颜色纯、发光性能稳定、高效节能、颜色可调等优势。用量子点LED做背景光源制作的液晶显示设备，其色域值更高，可以达到NTSC110%以上，能够给人更好的视觉感受。用量子点LED做照明的产品，可做到全光谱，色彩饱和度大大增加，对色彩还原能力高，接近自然光。
3、采用全陶瓷支架，具有良好的导热性能，延长了LED使用寿命。
4、采用全陶瓷和上部加隔离装置的方式，能有效阻隔水汽和氧气进入量子点材料内部，解决了量子点材料遇水汽和氧气容易失效的难题。
5、可用作照明、背景光源。
6、本发明在制备过程中没有化学加工和化学处理，保存了量子点的荧光特性，包括发射波长和荧光效率，所得钙钛矿量子点复合荧光颗粒具有很高的量子效率。
7、 钙钛矿量子点为有机-无机杂化钙钛矿（CH3NH3PbX3，X = Cl，Br，I），是一种可溶液加工的半导体材料，具有低成本、载流子迁移率高、光吸收系数大等特点。二氧化硅具有较好的透光性、生物相容性、稳定性，便于功能化修饰的惰性材料，将有机相制备的疏水性量子点包覆在二氧化硅内既可以使其具有生物相容性，免受 外界坏境的破坏，又可以减少有毒离子的释放，避免受体细胞引起不必要的免疫响应。本发明的钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料的作用为受到蓝光激发发出荧光，硅胶的作用为导热、绝缘、密封。钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料抑制了不同卤化物间的离子交换反应，不但维持了原有量子点的效率还具有非常好的稳定性。
8、本发明在二氧化硅和钙钛矿量子点之间的间隙填充聚甲基丙烯酸甲酯、凯可胶；聚甲基丙烯酸甲酯为高分子聚合物，高透明度，可以形成良好的薄膜，凯可胶，是一种高分子线性多糖。耐热、耐酸性能良好，稳定性高，不溶于非极性有机溶剂，也不溶于水；本申请中将聚甲基丙烯酸甲酯形成粗狂的网络结构，在此基础上，凯可胶进一步将网络结构填充更加致密，充分填充在二氧化硅和钙钛矿量子点之间，使得钙钛矿量子点的载体材料更加致密，大大提高了钙钛矿量子点复合材料的水氧阻隔特性，提升了复合材料的稳定性。
9、钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料具有介孔结构，从而大大减小了量子点在荧光颗粒中的聚集带来的效率衰退或者猝灭；钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料具有阻挡层结构，减少了甚至完全阻隔了量子点和水氧的接触，提高了使用效率，使得钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料使用寿命更长，性能更稳定。
附图说明
图1是本发明一种钙钛矿量子点倒装LED光源结构图；
图2是本发明一种钙钛矿量子点倒装LED光源的俯视图；
图3是本发明一种钙钛矿量子点倒装LED光源的生产工艺流程简图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围不局限于实施例表述的范围。
实施例1
如图1、2所示，一种钙钛矿量子点倒装LED光源，由支架1、芯片2、钙钛矿量子点胶体3、隔离结构4组成。
所述支架为全陶瓷支架1，具有良好的密封和导热性能。
所述芯片为倒装蓝光芯片2，具有优越的电学及热学性能，有通过电流大、发光亮度高等特点。
所述钙钛矿量子点胶体3，为钙钛矿量子点/二氧化硅复合材料和硅胶的混合体，这种量子点表面包覆了二氧化硅基质，抑制了不同卤化物间的离子交换反应，不但维持了原有量子点的效率还具有非常好的稳定性。硅胶为高折射率胶体，能提升产品亮度，同时具有很好的致密性能，能有效阻隔外界水份和氧气。
所述隔离结构4为高透光率的玻璃或者pc材料制成，有助于将光线全部导出。此隔离结构包括但不仅限于使用玻璃、PC等材料。
如图3、本发明具体工艺实现方式如下：
1）先将芯片固在支架内；
2）在支架内注入钙钛矿量子点胶体；
3）在支架上表面敷上粘接剂；
4）安装隔离结构，放入70-80℃烘箱内烘烤0.5-2.5小时，然后使粘接剂反应固化，使隔离结构和支架完全贴合密封；
5）烘烤固化：经步骤4）处理后放入70-80℃烘箱内烘烤2.5-5.5小时，使钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料和硅胶的混合体完全固化；
完成钙钛矿量子点倒装LED光源的制作。
优选地，所述步骤2）注入方法可采用点胶或喷涂或印刷。
进一步优选地，所述步骤2）中烘烤温度最佳温度为70℃，烘烤时间为2小时；所述步骤3）中烘烤温度最佳温度为70℃，烘烤时间为3小时。
实施例2
本发明所用的钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料、硅胶的质量比为0.8:0.45。
更进一步优选地，所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料包括按照重量份计的以下组分：
钙钛矿量子点5-25份，二氧化硅800-1200份，聚甲基丙烯酸甲酯5-15份，凯可胶25-45份。
所述二氧化硅为介孔材料，其粒径为0.02~1500μm，孔径为1~25nm；
所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料制作方法包括以下步骤：
1）二氧化硅溶液的制作：取二氧化硅材料分散在正己烷中，浸泡和活化孔二氧化硅表面，然后加热回流，保温，加惰性气氛保护，得到介孔二氧化硅溶液；
2）取钙钛矿量子点分散到正己烷中，再将量子点溶液分散到所述步骤1）介孔二氧化硅溶液，快速搅拌，让钙钛矿量子点能够进入介孔二氧化硅溶液；然后撤掉回流设备，鼓入惰性气氛，使得溶液几乎完全挥发，再加入新的所述步骤1）介孔二氧化硅溶液，通过不断改变浓度的方式，介孔二氧化硅在加热溶液中肿胀，使得钙钛矿量子点由于浓度差、有效率的进入介孔二氧化硅，反复肿胀-溶剂挥发操作；正己烷彻底挥发后，在惰性气体保护下，自然冷却，然后在真空干燥箱中干燥，得到钙钛矿量子点-二氧化硅粉末；
3）取聚甲基丙烯酸甲酯、凯可胶分散至甲苯，加热至固体融化，得到聚甲基丙烯酸甲酯-凯可胶溶液；
4）将步骤2）得到的钙钛矿量子点-二氧化硅粉末加入到聚甲基丙烯酸甲酯-凯可胶溶液中，快速搅拌，聚甲基丙烯酸甲酯-凯可胶溶液由于浓度差会进入钙钛矿量子点-二氧化硅粉末，填充钙钛矿量子点-二氧化硅粉末之间的间隙，待溶剂蒸发完全，得到钙钛矿量子点/二氧化硅复合材料。
实施例3
所用的钛矿量子点-二氧化硅复合材料、硅胶的质量比为0.8:0.45。
所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料制作方法包括以下步骤：
1）二氧化硅溶液的制作：二氧化硅粒径为0.02~1500μm，孔径为1~25nm，取1g二氧化硅材料分散在100mL正己烷中，浸泡和活化孔二氧化硅表面，然后加热回流，保温10h，加惰性气氛保护，得到介孔二氧化硅溶液；
2）、钙钛矿量子点为CH3NH3PbI3，平均粒径为为1~3nm，取10mg量子点分散到10mL正己烷中，再将量子点溶液分散到所述步骤1）介孔二氧化硅溶液，快速搅拌2h，让钙钛矿量子点能够进入介孔二氧化硅溶液；然后撤掉回流设备，鼓入惰性气氛，使得溶液几乎完全挥发，再加入新的所述步骤1）介孔二氧化硅溶液，通过不断改变浓度的方式，介孔二氧化硅在加热溶液中肿胀，使得钙钛矿量子点由于浓度差、有效率的进入介孔二氧化硅，反复肿胀-溶剂挥发操作，时间为1~10h；正己烷彻底挥发后，在惰性气体保护下，自然冷却，然后在真空干燥箱中干燥，得到钙钛矿量子点-二氧化硅粉末；
3）取40mg聚甲基丙烯酸甲酯、30mg凯可胶分散至50mL甲苯，加热至固体融化，得到聚甲基丙烯酸甲酯-凯可胶溶液；
4）将步骤2）得到的钙钛矿量子点-二氧化硅粉末加入到聚甲基丙烯酸甲酯-凯可胶溶液中，快速搅拌，聚甲基丙烯酸甲酯-凯可胶溶液由于浓度差会进入钙钛矿量子点-二氧化硅粉末，填充钙钛矿量子点-二氧化硅粉末之间的间隙，待溶剂蒸发完全，得到钙钛矿量子点/二氧化硅复合材料。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钙钛矿量子点倒装LED光源，包括支架（1），其特征在于，所述支架（1）内底部设有芯片（2），所述支架（1）腔体内填充钙钛矿量子点胶体（3），所述支架（1）上方设有隔离结构（4），所述支架（1）和隔离结构（4）之间设有组成粘接剂（5）；
所述钙钛矿量子点胶体（3）为通过搅拌，将钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料分散在硅胶中，再采用点胶、喷涂或者印刷的方式使其填充在支架碗杯内，所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料、硅胶的质量比为0.1-0.2:0.9-0.8；
所述钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料包括按照重量份计的以下组分：
钙钛矿量子点5-25份，二氧化硅800-1200份，聚甲基丙烯酸甲酯5-15份，凯可胶25-45份。
2.根据权利要求1所述一种钙钛矿量子点倒装LED光源，其特征在于，所述支架（1）为全陶瓷支架。
3.根据权利要求1所述一种钙钛矿量子点倒装LED光源，其特征在于，所述芯片（2）为倒装蓝光芯片。
4.根据权利要求1所述一种钙钛矿量子点倒装LED光源，其特征在于，所述隔离结构（4）为高透光率的玻璃或者聚碳酸酯制成。
5.根据权利要求1所述一种钙钛矿量子点倒装LED光源，其特征在于，所述粘接剂（5）为锡膏或者玻璃熔块。
6.制作权利要求1-5任意一项所述钙钛矿量子点倒装LED光源的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1）先将芯片固在支架内；
2）在支架内注入钙钛矿量子点胶体；
3）在支架上表面敷上粘接剂；
4）安装隔离结构，放入70-80℃烘箱内烘烤0.5-2.5小时，然后使粘接剂反应固化，使隔离结构和支架完全贴合密封；
5）烘烤固化：经步骤4）处理后放入70-80℃烘箱内烘烤2.5-5.5小时，使钙钛矿量子点-二氧化硅复合材料和硅胶的混合体完全固化；
完成钙钛矿量子点倒装LED光源的制作。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2）注入方法可采用点胶或喷涂或印刷。
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