CN110137334A - 一种量子点荧光转换的红外led器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，所述器件包括基板以及层叠于基板上方的LED芯片，所述LED芯片由封装结构封装，所述封装结构中含有量子点荧光粉。所述红外LED器件，与目前市场应用的InGaAsP半导体红外LED相比，具有制备简单、成本更低、光输出效率提升空间更大的优势。与现有研究中的红外有机发光OLED相比，具有发光效率高、稳定性高的优势。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，涉及一种红外LED器件，尤其涉及一种量子点荧光转换的红外LED器件。
背景技术
红外发光二极管(IR LED)是一种将电能转换为光能的近红外发光器件，与传统近红外光源相比具有体积小、功耗低、指向性好等优点，广泛应用于安防监控、汽车头灯夜视、智能传感器、食品检测、生物传感器、生物识别、增强现实等领域。目前，市场应用中主流的红外LED技术是直接采用III-V族(InGaAsP)化合物半导体LED芯片实现近红外波段(700nm-1200nm)的电注入发光。InGaAsP基红外LED芯片与目前半导体照明常用的InGaN蓝光LED芯片相比，存在光输出效率低、成本昂贵、单颗功率小、热稳定性差等不足，因而制约了红外LED器件的进一步规模化应用。
另外一种获得红外LED器件的技术是通过有机发光二极管(OLED)技术，近年来得到了广泛的研究关注。但是，红外发光波段的有机半导体材料的发光效率远低于可见光发光有机材料，难以满足实用要求，因此红外OLED仍处于研发阶段，还没有实现产业应用。
基于现有LED和OLED技术在红外应用中的局限性，有研究者提出了一种近红外荧光粉转换LED器件，采用InGaN蓝光LED芯片激发近红外发射荧光材料，构建一种新型的红外LED器件。基于蓝光LED芯片与近红外荧光材料复合而制备的新型近红外光源具有成本低廉、热稳定性高、光谱可调、成本低、功率高和节能环保等优势。
CN 106085425 B公开了一种LED用近红外荧光材料、其制备方法及应用。该近红外荧光粉的化学组成为：LnxN5-y-zMyO8:zCr3+；其中Ln为Li、Na、K中的一种或其组合；N为B、Ga、Al中的一种或其组合；M为碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba、Zn的一种或几种；1≤x≤2；0＜y≤1；0＜z≤0.5。上述发明提供的荧光粉可被350nm～650nm波长范围内的光激发，发射出650nm～1000nm的近红外荧光。
基于蓝光LED芯片与近红外荧光材料复合的红外LED，目前采用的为传统无机荧光粉材料，存在荧光粉发光纯度不高、荧光量子效率低(低于50％)、制备方法复杂(需要高温烧结)、光谱不易调节等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，与目前市场应用的InGaAsP半导体红外LED相比，具有制备简单、成本更低、光输出效率提升空间更大的优势。与现有研究中的红外有机发光OLED相比，具有发光效率高、稳定性高的优势。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，所述器件包括基板以及层叠于基板上方的LED芯片，所述LED芯片由封装结构封装，所述封装结构中含有量子点荧光粉。
量子点是一种新型荧光材料，是由尺寸在1～10nm左右的纳米单晶组成，每个纳米晶体的尺寸都小于对应体材料的激子波尔半径，因此量子点便显出明显的量子限域效应。量子点中的电子和空穴被限域，致使连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构，从而赋予量子点不同于体材料的特殊性能。与传统的荧光粉比较，量子点荧光粉的主要优点有：荧光效率高，量子效率可达90％以上；量子点的发光颜色纯度好；利于量子尺寸效应，易于在较宽范围内调节光谱；成本低廉，易于制备。目前，量子点荧光粉主要用于白光LED的制作，对于近红外量子点荧光粉用于制作红外LED器件的研究还很少有报道。
作为本发明优选的技术方案，所述量子点荧光粉的荧光波长为800～1700nm，如800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm、1500nm、1600nm或1700nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述量子点荧光粉的粒径为2.5～6.6nm，如2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm或6.5nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述量子点荧光粉为PbS和/或PbSe量子点荧光粉，优选为PbS量子点荧光粉。
本发明中，可以使用的量子点荧光粉有多种，如PbX/CdX(X＝S,Se)、InAs、HgSe/CdS和HgTe/CdS等，其中PbS波长范围700～2000nm，PbSe波长范围900～4000nm，InAs波长范围900～2000nm，HgSe&HgTe波长范围2000～20000nm。
作为本发明优选的技术方案，所述LED芯片为蓝光LED芯片。
优选地，所述蓝光LED芯片为InGaN基蓝光LED芯片。
作为本发明优选的技术方案，所述封装结构包括封装胶结构、ALD结构或石英真空封装结构中的任意一种。
作为本发明优选的技术方案，所述封装胶结构中封装胶的原料包括硅胶、PMMA、PVP或PS中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：硅胶和PMMA的组合、PMMA和PVP的组合、PVP和PS的组合、PS和硅胶的组合或PMMA、PVP和PS的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述ALD结构为使用ALD沉积技术得到的的金属氧化物、金属氮化物或二氧化硅的保护层；
优选地，使用ALD沉积技术沉积Al2O3、SiO2或TiO2中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：Al2O3和SiO2的组合、SiO2和TiO2的组合、TiO2和Al2O3的组合或Al2O3、SiO2好TiO2的组合等。
作为本发明优选的技术方案，所述石英真空封装结构的结构出涂布有真空胶。
作为本发明优选的技术方案，所述LED芯片通过导线与所述基板上的正负极相连。
与现有作为本发明优选的技术方案，技术方案相比，本发明至少具有以下
有益效果：
(1)本发明提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，所述红外LED器件发光效率高，当选用PbS量子点荧光粉时，其发光效率可达70％，而现有技术中红外LED器件的发光效率40％；
(2)本发明提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，所述红外LED器件的发光光谱可调范围宽，通过控制尺寸即可调节，以PbS为例，发光峰位在880-1700nm可调，如附图4，量子点尺寸从左到右分别为2.5nm,3.1nm,3.9nm,4.8nm,5.7nm和6.6nm，对应发光波长为880nm，1020nm，1180nm，1350nm，1540nm和1700nm。现有技术中红外LED器件的可调范围为650-1000nm，需要通过改变材料组分、掺杂比例来调节，而本发明量子点无需改变材料组分即可调节。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种红外LED器件的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的一种红外LED器件的结构示意图；
图3是本发明实施例3提供的一种红外LED器件的结构示意图；
图4是本发明选用的PbS量子点荧光粉的荧光光谱图；
图5是本发明实施例1制备得到的红外LED器件的荧光光谱图；
图6是本发明实施例1制备得到的红外LED器件不同量子点涂层层数下的荧光光谱图；
图7是本发明实施例1制备得到的红外LED器件不同LED工作电流下的荧光光谱图；
图中：1-基板，2-LED芯片，3-量子点荧光粉，4-封装结构，5-导线。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式部分提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，所述器件包括基板1以及层叠于基板上方的LED芯片2，所述LED芯2片由封装结构4封装，所述封装结构4中含有量子点荧光粉3，所述LED芯片2通过导线5与所述基板上的正负极相连。
其中，所述封装结构3包括封装胶结构、ALD结构或石英真空封装结构中的任意一种。
所述封装胶结构的封装方法为：将量子点荧光粉均匀分散于封装胶中，将含有量子点荧光粉的封装胶涂布在LED芯片表面，封装胶经固化后完成LED制作工艺，量子点涂层的层数为5～10层，每层的厚度为1～10μm。所述固化方式可以是自然固化、加热固化、紫外固化或固化剂固化等，根据选用的封装胶种类进行具体的固化方式的选择。
所述ALD结构的封装方法为：将量子点荧光粉均匀涂布在LED芯片上使用ALD仪器在LED芯片周围沉积一层保护层，所述保护层的厚度为1～20nm。
所述石英真空封装结构的封装方法为：将量子点荧光粉均匀涂布在LED芯片上，然后使用然后使用石英真空封装，接口处使用真空胶封装，石英板的厚度为0.1～5mm。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，结构如图1所示，所述器件包括基板1以及层叠于基板上方的LED芯片2，所述LED芯2片由封装结构4封装，所述封装结构4中含有量子点荧光粉3，所述LED芯片2通过导线5与所述基板上的正负极相连。
其中，所述量子点荧光粉3为PbS量子点荧光粉，封装结构4为封装胶封装，封装胶选用硅胶。
使用荧光光谱仪对实施例1制备得到的红外LED器件进行测试，图6为不同量子点涂层层数下红外LED器件的荧光光谱图，从图6可以看出可通过调节量子点涂层的层数来控制红外荧光的强度，随着量子点涂层的增加，可以减小激光光源的蓝光成分，同时增大红外荧光强度。；图7为不同LED工作电流下的红外LED器件的荧光光谱图，从图7可以看出可通过调节LED工作电流来控制红外荧光的强度，随着LED工作电流的增加，红外荧光强度增大。
实施例2
本实施例提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，结构如图2所示，所述器件包括基板1以及层叠于基板上方的LED芯片2，所述LED芯2片由封装结构3封装，所述封装结构3中含有量子点荧光粉4，所述LED芯片2通过导线5与所述基板上的正负极相连。
其中，所述量子点荧光粉3为PbS量子点荧光粉，封装结构4为ALD结构，ALD仪器在LED芯片周围沉积一层氧化铝保护层。
实施例3
本实施例提供一种量子点荧光转换的红外LED器件，结构如图3所示，所述器件包括基板1以及层叠于基板上方的LED芯片2，所述LED芯2片由封装结构3封装，所述封装结构3中含有量子点荧光粉4，所述LED芯片2通过导线5与所述基板上的正负极相连。
其中，所述量子点荧光粉3为PbS量子点荧光粉，封装结构4为石英真空封装结构。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种量子点荧光转换的红外LED器件，其特征在于，所述器件包括基板以及层叠于基板上方的LED芯片，所述LED芯片由封装结构封装，所述封装结构中含有量子点荧光粉。
2.根据权利要求1所述的红外LED器件，其特征在于，所述量子点荧光粉的荧光波长为800～1700nm。
3.根据权利要求1或2所述的红外LED器件，其特征在于，所述量子点荧光粉的粒径为2.5～6.6nm。
4.根据权利要求2或3所述的红外LED器件，其特征在于，所述量子点荧光粉为PbS和/或PbSe量子点荧光粉，优选为PbS量子点荧光粉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的红外LED器件，其特征在于，所述LED芯片为蓝光LED芯片；
优选地，所述蓝光LED芯片为InGaN基蓝光LED芯片。
6.根据权利要求1-5任一项所述的红外LED器件，其特征在于，所述封装结构包括封装胶结构、ALD结构或石英真空封装结构中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的红外LED器件，其特征在于，所述封装胶结构中封装胶的原料包括硅胶、PMMA、PVP或PS中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求6所述的红外LED器件，其特征在于，所述ALD结构为使用ALD沉积技术得到的的金属氧化物、金属氮化物或二氧化硅的保护层；
优选地，使用ALD沉积技术沉积Al2O3、SiO2或TiO2中任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求6所述的红外LED器件，其特征在于，所述石英真空封装结构的结构出涂布有真空胶。
10.根据权利要求1-9任一项所述的红外LED器件，其特征在于，所述LED芯片通过导线与所述基板上的正负极相连。
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| CN106935693A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-07-07 | 安徽芯瑞达科技股份有限公司 | 一种五面发光的量子点csp背光源及其制备方法 |
-
2019
- 2019-05-28 CN CN201910450098.3A patent/CN110137334A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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