CN110299459B - 基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件及其制备方法，发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料串联组成白光LED发光模组，由反光罩和透光罩进行边缘无缝连接组成空腔封装结构，对白光LED发光模组进行包覆，反光罩能反射发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料的出光，并使合成的白光从透光罩向LED器件外部进行出光，通过对红光的InP量子点、绿光的钙钛矿量子点、蓝光的氮化镓芯片进行堆叠从而发出白光。本发明量子点发光器件稳定性好，发光效率高，所得到的白光LED工艺简单，环境友好，易于工业化生产。

Description

基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种白光LED器件及其制备方法，特别是涉及一种基于量子点的白光LED器件及其制备方法，应用于纳米量子点发光复合材料技术和新型显示器件制造技术领域。
背景技术
量子点LED具备发光效率高、色域广、色彩饱和度高、寿命长、成本低、可溶液加工等优异的光电特性而备受瞩目，在固态照明和新型显示领域受到了广泛的关注。目前，研究最成熟、最广泛的量子点是镉基量子点，其固有毒性严重限制了量子点的工业应用和发展。工业应用对无毒量子点的不断增长的需求极大地刺激了研究的热情。低毒性的钙钛矿和InP量子点作为有毒镉基量子点的潜在替代者具有广泛的应用前景。
近年来，除了日渐成熟的红绿蓝单色量子点发光器件，白光量子点发光器件也备受瞩目。目前基于钙钛矿量子点(APbX3，A＝Cs,MA,FA,PEA,BA，X＝Cl,Br,I)的LED效率在绿光发射的APbBr3方面已经取得了巨大进步，但由于离子型的晶体结构和卤素的性质，使其应用在蓝光和红光发射LED方面效率不佳。基于InP量子点的LED效率特别在红光发射方面取得了突破性成果，但是核壳结构的InP量子点仍存在核壳晶格失配的问题，使其应用在绿光和蓝光发射的LED方面效率不佳。随着显示和照明市场向大面积发光器件方向发展，QLED还要面临将发光区域做大的难题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件及其制备方法，采用环保的量子点，综合钙钛矿和InP量子点分别在绿光和红光发射的优势，通过对红光的InP量子点、绿光的钙钛矿量子点、蓝光的氮化镓芯片进行堆叠从而发出白光。本发明量子点发光器件稳定性好，发光效率高，所得到的白光LED工艺简单，环境友好且易于工业化生产。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，采用封装壳将发光模块进行封装，发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料串联组成白光LED发光模组，封装壳由反光罩和透光罩进行边缘无缝连接组成空腔封装结构，将白光LED发光模组包覆于封装壳中，反光罩能反射发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料的出光，并使合成的白光从透光罩向LED器件外部进行出光。
作为本发明优选的技术方案，反光罩为敞口形状的凹槽组件，反光罩底部形状和刚好容纳蓝光发射的氮化镓芯片，反光罩为由不透明材料制成一体式的上端开口下端封闭的结构，且反光罩内表面均能反射出光，反光罩边缘部分呈45度向四周张开，在反光罩上设有蓝光发射的氮化镓芯片，在蓝光发射的氮化镓芯片顶部设有均匀分散的绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层，在绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层的顶部设有透光罩，的透光罩呈现中空的半球形的玻璃罩形状，透光罩边缘与反光罩边缘焊接密封，完整的将蓝光发射的氮化镓芯片、绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层一并进行包覆，形成封装结构。
作为本发明优选的技术方案，蓝光发射的氮化镓发射波长为425～475nm，半峰宽为35～60nm。
作为本发明优选的技术方案，绿光发射的钙钛矿量子点为MAPbBr3、FAPbBr3、PEAPbBr3、BAPbBr3中至少一种。
作为本发明优选的技术方案，绿光发射的钙钛矿量子点的发光效率为70～90％，发射波长为510～550nm，半峰宽为29～40nm。
作为本发明优选的技术方案，红光发射的InP量子点为具有核壳结构的红光量子点，为具有InP/ZnSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSeS、InP/ZnSeS/ZnS结构中至少一种结构的核壳结构的红光量子点。
作为本发明优选的技术方案，红光发射的InP量子点的发光效率为70～90％，发射波长为585～675nm，半峰宽为35～60nm。
作为本发明优选的技术方案，绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层是将三种材料混合均匀后，然后转移到注射枪中，均匀且完整的涂覆在蓝光氮化镓芯片上进行固化形成。
一种基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.反光罩及透光罩的清洗：
首先用清洁剂对反光罩及透光罩进行擦拭，然后转移到烧杯中，再依次进行去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理，采用不同清洗溶剂进行清洗处理各至少20分钟，之后将反光罩及透光罩烘干处理，得到洁净干燥的反光罩及透光罩，备用；
b.蓝光发射的氮化镓芯片的植入安装：
以在步骤a中得到的洁净干燥的反光罩内凹底部表面作为衬底表面，将蓝光发射的氮化镓芯片固定结合在反光罩中；
c.绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层的制备：
将量子点浓度不低于18mg/ml的钙钛矿量子点溶液和量子点浓度不低于20mg/ml的InP量子点溶液进行混合，使各量子点溶液溶解在甲苯溶液中混合均匀，得到量子点混合液；然后将量子点混合液分散于道康宁硅胶OE6550中，得到量子点与硅胶混合材料，之后将量子点与硅胶混合材料转移到注射枪中，将量子点与硅胶混合材料涂覆在蓝光发射的氮化镓芯片上，形成反光功能复合层预制体；优选在蓝光发射的氮化镓芯片侧端面与反光罩之间填充绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料，绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料为透明材料；
d.透光罩的植入组装：
在步骤c中制备的蓝光发射的氮化镓芯片之上的量子点与硅胶混合材料上，加盖在步骤a中得到的洁净干燥的透光罩，并使量子点与硅胶混合材料充满透光罩的内凹腔体内，并预先对量子点与硅胶混合材料进行加热固化；
e.透光罩与反光罩的焊接处理：
在步骤d中完成预先对量子点与硅胶混合材料进行加热固化后，将透光罩的边缘和反光罩的边缘用环氧树脂胶进行焊接封装，并在紫外灯下，对环氧树脂胶进行固化，完整的将蓝光发射的氮化镓芯片、绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层一并进行包覆，形成封装结构，得到白光LED器件；
f.器件的固化：
将在步骤e中制备好的白光LED器件放置在真空炉中，在不低于100℃下进行退火处理至少30min，然后将白光LED器件干燥，再于不低于150℃下对白光LED器件进行加热固化至少100min，最终制备得到白光LED装置。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明基于钙钛矿和InP量子点的白光LED，是将红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料串联组装制备的白光LED，本发明量子点发光器件稳定性好，实现了器件发光区最大化，发光效率高；
2.本发明通过制备基于氮化镓芯片、钙钛矿和InP量子点的白光器件，不仅能够使得白光纯度更高，能量损耗少，还能使得器件发光效率和稳定性显著提升；
3.本发明方法工艺简单，材料成本低，无毒，控制和操作方便，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例一白光量子点发光二极管器件的结构示意图。
图2为本发明实施例一白光量子点发光二极管器件的电致发光光谱图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，采用封装壳将发光模块进行封装，其特征在于：发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料串联组成白光LED发光模组，封装壳由反光罩1和透光罩4进行边缘无缝连接组成空腔封装结构，将白光LED发光模组包覆于封装壳中，反光罩1能反射发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料的出光，并使合成的白光从透光罩4向LED器件外部进行出光。
在本实施例中，参见图1，反光罩1为敞口形状的凹槽组件，反光罩1底部形状和刚好容纳蓝光发射的氮化镓芯片2，反光罩1为由不透明材料制成一体式的上端开口下端封闭的结构，且反光罩1内表面均能反射出光，反光罩1边缘部分呈45度向四周张开，在反光罩1上设有蓝光发射的氮化镓芯片2，在蓝光发射的氮化镓芯片2顶部设有均匀分散的绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层3，在绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层3的顶部设有透光罩4，的透光罩4呈现中空的半球形的玻璃罩形状，透光罩4边缘与反光罩1边缘焊接密封，完整的将蓝光发射的氮化镓芯片2、绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层3一并进行包覆，形成封装结构。
在本实施例中，参见图1，蓝光发射的氮化镓发射波长为425～475nm，半峰宽为35～60nm。绿光发射的钙钛矿量子点为MAPbBr3。绿光发射的钙钛矿量子点的发光效率为70～90％，发射波长为510～550nm，半峰宽为29～40nm。红光发射的InP量子点为具有核壳结构的红光量子点，为具有InP/ZnSe/ZnS结构的核壳结构的红光量子点。红光发射的InP量子点的发光效率为70～90％，发射波长为585～675nm，半峰宽为35～60nm。绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层3是将三种材料混合均匀后，然后转移到注射枪中，均匀且完整的涂覆在蓝光氮化镓芯片上进行固化形成。
在本实施例中，参见图1，一种本实施例基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.反光罩及透光罩的清洗：
首先用清洁剂对反光罩及透光罩进行擦拭，然后转移到烧杯中，再依次进行去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理，采用不同清洗溶剂进行清洗处理各20分钟，之后将反光罩及透光罩烘干处理，得到洁净干燥的反光罩及透光罩，备用；
b.蓝光发射的氮化镓芯片的植入安装：
以在步骤a中得到的洁净干燥的反光罩内凹底部表面作为衬底表面，将蓝光发射的氮化镓芯片固定结合在反光罩中；
c.绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层的制备：
将量子点浓度18mg/ml的钙钛矿量子点溶液和量子点浓度20mg/ml的InP量子点溶液进行混合，使各量子点溶液溶解在甲苯溶液中混合均匀，得到量子点混合液；然后将量子点混合液分散于道康宁硅胶OE6550中，得到量子点与硅胶混合材料，之后将量子点与硅胶混合材料转移到注射枪中，将量子点与硅胶混合材料涂覆在蓝光发射的氮化镓芯片上，形成反光功能复合层预制体；
d.透光罩的植入组装：
在步骤c中制备的蓝光发射的氮化镓芯片之上的量子点与硅胶混合材料上，加盖在步骤a中得到的洁净干燥的透光罩，并使量子点与硅胶混合材料充满透光罩的内凹腔体内，并预先对量子点与硅胶混合材料进行加热固化；
e.透光罩与反光罩的焊接处理：
在步骤d中完成预先对量子点与硅胶混合材料进行加热固化后，将透光罩的边缘和反光罩的边缘用环氧树脂胶进行焊接封装，并在紫外灯下，对环氧树脂胶进行固化，完整的将蓝光发射的氮化镓芯片、绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层一并进行包覆，形成封装结构，得到白光LED器件；
f.器件的固化：
将在步骤e中制备好的白光LED器件放置在真空炉中，在100℃下进行退火处理30min，然后将白光LED器件干燥，再于150℃下对白光LED器件进行加热固化100min，最终制备得到白光LED装置。
实验测试分析：
对本实施例制备的白光LED器件装置进行光电性能测试，图2是本实施例制备的基于钙钛矿和InP量子点的电致发光光谱图，从图2可看出红、绿、蓝发光强度相当，可制备出色彩纯正的白光。本实施例提供了一种制作简单、成本低的基于钙钛矿和InP的无镉量子点白光LED的制备方法，在一定程度上解决了现有技术难以获得色纯度高的无镉量子点白光LED的问题，为制备高质量无镉量子点白光LED提供了一种新的方法和思路。在照明领域，具有很好的发展前景。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，在步骤c中，在进行绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层的制备时，在蓝光发射的氮化镓芯片侧端面与反光罩之间填充绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料，绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料为透明材料。使反光罩及透光罩组成的封装壳中充满绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料，使绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料与蓝光发射的氮化镓芯片其他表面形成连接界面。本实施例采用环保的量子点，综合钙钛矿和InP量子点分别在绿光和红光发射的优势，通过对红光的InP量子点、绿光的钙钛矿量子点、蓝光的氮化镓芯片进行堆叠从而发出白光，所得到的白光LED，整体式填充使白光LED整体性好，结构更稳定，寿命更长，机械强度高，工艺简单，环境友好且易于工业化生产。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，绿光发射的钙钛矿量子点为MAPbBr3、FAPbBr3、PEAPbBr3、BAPbBr3中至少一种。红光发射的InP量子点为具有核壳结构的红光量子点，为具有InP/ZnSe/ZnS、InP/ZnS、InP/ZnSeS、InP/ZnSeS/ZnS结构中至少一种结构的核壳结构的红光量子点。采用不同的材料和材料组合，同样能获得红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料串联的白光LED器件，量子点发光器件稳定性好，发光效率高，能根据需要选择材料，丰富了基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件的种类，使其制备方法更加多样，适合应用于新型显示器件制造技术领域。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，采用封装壳将发光模块进行封装，其特征在于：所述发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料串联组成白光LED发光模组，所述封装壳由反光罩（1）和透光罩（4）进行边缘无缝连接组成空腔封装结构，将白光LED发光模组包覆于封装壳中，反光罩（1）能反射所述发光模块由红光发射的InP量子点、绿光发射的钙钛矿量子点及蓝光发射的氮化镓三种材料的出光，并使合成的白光从透光罩（4）向LED器件外部进行出光；所述红光发射的InP量子点为具有核壳结构的红光量子点，为具有InP/ZnSe/ZnS、InP/ZnSeS、InP/ZnSeS/ZnS结构中至少一种结构的核壳结构的红光量子点，或者为具有InP/ZnSe/ZnS、InP/ZnSeS、InP/ZnSeS/ZnS结构中至少一种结构和InP/ZnS结构的混合的核壳结构的红光量子点。
2.根据权利要求1所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，其特征在于：所述反光罩（1）为敞口形状的凹槽组件，所述反光罩（1）底部形状和刚好容纳蓝光发射的氮化镓芯片（2），所述反光罩（1）为由不透明材料制成一体式的上端开口下端封闭的结构，且反光罩（1）内表面均能反射出光，反光罩（1）边缘部分呈45度向四周张开，在反光罩（1）上设有蓝光发射的氮化镓芯片（2），在蓝光发射的氮化镓芯片（2）顶部设有均匀分散的绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层（3），在所述绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层（3）的顶部设有透光罩（4），所述的透光罩（4）呈现中空的半球形的玻璃罩形状，透光罩（4）边缘与反光罩（1）边缘焊接密封，完整的将蓝光发射的氮化镓芯片（2）、绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层（3）一并进行包覆，形成封装结构。
3.根据权利要求1所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，其特征在于：所述蓝光发射的氮化镓发射波长为425~475nm，半峰宽为35~60nm。
4.根据权利要求1所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，其特征在于：所述绿光发射的钙钛矿量子点为MAPbBr3、FAPbBr3、PEAPbBr3、BAPbBr3中至少一种。
5.根据权利要求1所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，其特征在于：所述绿光发射的钙钛矿量子点的发光效率为70~90%，发射波长为510~550nm，半峰宽为29~40nm。
6.根据权利要求1所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，其特征在于：所述红光发射的InP量子点的发光效率为70~90%，发射波长为585~675nm，半峰宽为35~60nm。
7.根据权利要求2所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件，其特征在于：所述绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层（3）是将三种材料混合均匀后，然后转移到注射枪中，均匀且完整的涂覆在蓝光氮化镓芯片上进行固化形成。
8.一种权利要求1所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a. 反光罩及透光罩的清洗：
首先用清洁剂对反光罩及透光罩进行擦拭，然后转移到烧杯中，再依次进行去离子水、丙酮和异丙醇连续超声清洗处理，采用不同清洗溶剂进行清洗处理各至少20分钟，之后将反光罩及透光罩烘干处理，得到洁净干燥的反光罩及透光罩，备用；
b. 蓝光发射的氮化镓芯片的植入安装：
以在所述步骤a中得到的洁净干燥的反光罩内凹底部表面作为衬底表面，将蓝光发射的氮化镓芯片固定结合在反光罩中；
c. 绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层的制备：
将量子点浓度不低于18mg/ml的钙钛矿量子点溶液和量子点浓度不低于20mg/ml的InP量子点溶液进行混合，使各量子点溶液溶解在甲苯溶液中混合均匀，得到量子点混合液；然后将量子点混合液分散于道康宁硅胶OE6550中，得到量子点与硅胶混合材料，之后将量子点与硅胶混合材料转移到注射枪中，将量子点与硅胶混合材料涂覆在蓝光发射的氮化镓芯片上，形成反光功能复合层预制体；
d. 透光罩的植入组装：
在所述步骤c中制备的蓝光发射的氮化镓芯片之上的量子点与硅胶混合材料上，加盖在所述步骤a中得到的洁净干燥的透光罩，并使量子点与硅胶混合材料充满透光罩的内凹腔体内，并预先对量子点与硅胶混合材料进行加热固化；
e. 透光罩与反光罩的焊接处理：
在所述步骤d中完成预先对量子点与硅胶混合材料进行加热固化后，将透光罩的边缘和反光罩的边缘用环氧树脂胶进行焊接封装，并在紫外灯下，对环氧树脂胶进行固化，完整的将蓝光发射的氮化镓芯片、绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层一并进行包覆，形成封装结构，得到白光LED器件；
f. 器件的固化：
将在所述步骤e中制备好的白光LED器件放置在真空炉中，在不低于100℃下进行退火处理至少30min，然后将白光LED器件干燥，再于不低于150℃下对白光LED器件进行加热固化至少100min，最终制备得到白光LED装置。
9.根据权利要求8所述基于钙钛矿量子点和InP量子点的白光LED器件的制备方法，其特征在于，在所述步骤c中，在蓝光发射的氮化镓芯片侧端面与反光罩之间填充绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料，绿光发射的钙钛矿量子点、红光发射的InP量子点及硅胶的混合层材料为透明材料。
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