CN205211789U - 一种基于无镉量子点荧光粉的白光led器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，包括LED芯片、反光罩、散热器和透光罩，所述反光罩为上端开口下端封闭的壳体，反光罩的内表面均为反光面，所述LED芯片焊接于反光罩内表面的底部，所述反光罩的下部固接有散热器，所述透光罩与反光罩固接，所述透光罩与LED芯片之间设有用于覆盖LED芯片的量子点发光灌封胶体。本实用新型相比于传统的在LED芯片上涂抹或点涂荧光层的结构，其光色更加均匀，量子点荧光粉的转换效率高，能量损耗少，而且出光率高，散热效率高，使用寿命长。
Description
技术领域
本实用新型涉及LED照明设备，特别是一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件。
背景技术
对于一般照明而言，人们更多要求的是白光，而通过LED实现白光的方式一般可分为多LED芯片组合型白光LED、有机白光LED和光转换型白光LED三种。目前LED芯片已经能够实现红、绿、蓝（RGB）三基色的高亮度发光，多LED芯片组合型白光LED就是将红、绿、蓝三种LED芯片以一定的方式排布集合成一个发白光的LED模块，从而实现白光输出。这类LED目前主要用于显示屏、液晶屏和电视机等的背光源。RGB多芯片技术是利用三基色芯片组合的原理实现白光，这类LED的优点是发光效率高，显色性好（约为90左右）。但其缺点也比较多：由于三种颜色LED的发光效率不同，正向趋向电压不同，各单个LED芯片的性能也不同，因此通常需要集成电路芯片控制和相对复杂的监控与反馈系统来稳定输出光的颜色稳定性，加上其光学方面的设计，其封装难度较大，且成本很高，是普通白光LED的数倍。
有机白光LED是将多层有机聚合物电致发光薄膜分别掺杂红、绿、蓝三基色荧光染料而得到白光，也可将三基色荧光染料分别沉淀在不同的量子阱中，利用有机多量子阱电致发光器件得到白光。但这类LED目前还处于试研发阶段，在技术上还不成熟，同时有机发光材料的不稳定性和寿命短等问题也限制了有机白光LED的发展。
光转换型白光LED是目前使用最多和应用范围最广的白光LED，它是利用蓝光（或近紫外光）LED芯片发出蓝光（或者近紫外光），然后将其与激发荧光材料产生的黄光、红光（或红、绿、蓝光）复合形成白光。
荧光粉的选择必须满足两个条件，第一是荧光粉的激发光谱必须与所选择的LED芯片的发射光谱相匹配，这样才能保证荧光粉材料被高效激发，获得高的光转换效率；第二是荧光粉的发射光谱可与蓝光芯片发射出的蓝光复合形成白光，或者在近紫外光激发下能复合或者单独形成白光。同时，为了保证白光LED的性能，荧光粉体还应有物理、化学的稳定性，抗潮，不与封装材料、半导体芯片发生作用，颗粒细小不易团聚，且发光具有优良的温度猝灭特征。
荧光粉粉体获得容易、制备工艺成熟、成本低、特性易于调整，因此在光转换白光LED中应用广泛。但由于荧光粉材料的发光特性限制，对于某一特定基质的荧光粉材料而言，发射波长的控制比较难，而且荧光粉材料的发光效率普遍不高。目前越来越多的研究者开始尝试将一种新型荧光材料——半导体量子点，应用在白光LED中。
量子点（quantumdots）是一种由II-VI或III-V族元素组成的半导体纳米颗粒，由于其存在量子尺寸效应，因而具有既不同于体相材料又有别于一般分子的光学和电子学性质。当量子点受到一定能量的光激发后可发出荧光，并且荧光发射波长可通过改变量子点的尺寸来进行调节，同时其具有连续的激发光谱，使得不同尺寸的量子点能被单一波长的光激发而发出不同颜色的荧光，并且具有较高的荧光量子效率、摩尔消光系数、狭窄而对称的荧光发射谱、较强的光漂白抗性。近年来，量子点由于其出色的光学性能，已经在细胞标记、活体成像、荧光微球等诸多方面得到广泛应用。近年来，利用半导体量子点的光致发光性能，将量子点作为一种光转换材料来完全或者部分替代传统荧光粉材料在光转换白光LED的应用发展迅速。但该类LED器件往往将量子点荧光粉材料涂抹或点涂在LED芯片上，形成一荧光层，然后再在荧光层外覆盖环氧树脂以封装，由于荧光层的厚度、分布不能精确控制，不能保障光色的均匀性，同时，现有LED器件存在出光率较低和散热效率低的问题。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其光色均匀、出光率高和散热效率高。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，包括LED芯片、反光罩、散热器和透光罩，所述反光罩为上端开口下端封闭的壳体，反光罩的内表面均为反光面，所述LED芯片焊接于反光罩内表面的底部，所述反光罩的下部固接有散热器，所述透光罩与反光罩固接，所述透光罩与LED芯片之间设有用于覆盖LED芯片的量子点发光灌封胶体。
作为上述技术方案的改进，所述LED芯片包括依次叠装的基板、N型氮化镓层、发光层及P型氮化镓层，所述N型氮化镓层上设置有N电极，所述P型氮化镓层上设置有P电极，所述基板与反光罩焊接。
进一步，所述基板为蓝宝石基板、硅基板、氮化镓基板或氮化铝基板。
进一步，所述LED芯片包括依次叠装的N电极、N型基板、N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓层及P电极，所述N电极与反光罩焊接。
进一步，所述反光罩采用金属、陶瓷或硅胶材料制成。
进一步，所述反光罩呈上宽下窄的四棱台体。
本实用新型的有益效果是：本实用新型由于设置覆盖LED芯片的量子点发光灌封胶体，LED芯片直接设置在分布有量子点荧光粉的灌封胶内，LED芯片发出的光线激发量子点荧光粉，从而使整个量子点发光灌封胶发出白光，相比于传统的在LED芯片上涂抹或点涂荧光层的结构，其光色更加均匀，量子点荧光粉的转换效率高，能量损耗少。特别地，LED芯片焊接于反光罩内，LED芯片发出的光线经反光罩内表面反射后，均可有效射出，出光率高，而且反光罩下部固接散热器，LED芯片发光产生的热量通过反光罩直接传递到散热器上，散热效率高，延长LED芯片的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型实施例1的结构示意图；
图2是本实用新型实施例1中的LED芯片的结构示意图；
图3是本实用新型实施例2中的LED芯片的结构示意图；。
具体实施方式
实施例1
参照图1和图2，本实用新型的一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，包括LED芯片1、反光罩2、散热器3和透光罩4，所述反光罩2为上端开口下端封闭的壳体，反光罩2的内表面均为反光面，所述LED芯片1焊接于反光罩2内表面的底部，所述反光罩2的下部固接有散热器3，所述透光罩4与反光罩2固接，所述透光罩4与LED芯片1之间设有用于覆盖LED芯片1的量子点发光灌封胶体5。
本实用新型由于设置覆盖LED芯片1的量子点发光灌封胶体5，LED芯片1直接设置在分布有量子点荧光粉的灌封胶内，LED芯片1发出的光线激发量子点荧光粉，从而使整个量子点发光灌封胶发出白光，相比于传统的在LED芯片1上涂抹或点涂荧光层的结构，其光色更加均匀，量子点荧光粉的转换效率高，能量损耗少。特别地，LED芯片1焊接于反光罩2内，LED芯片1发出的光线经反光罩2内表面反射后，均可有效射出，出光率高，而且反光罩2下部固接散热器3，LED芯片1发光产生的热量通过反光罩2直接传递到散热器3上，散热效率高，延长LED芯片1的使用寿命。
本实施例中，所述LED芯片1包括依次叠装的基板11、N型氮化镓层12、发光层13及P型氮化镓层14，所述N型氮化镓层12上设置有N电极15，所述P型氮化镓层14上设置有P电极16，所述基板11与反光罩2焊接。形成横向结构的LED芯片1，结构简单，制作工艺成熟。在此，所述基板11可为蓝宝石基板11、硅基板11、氮化镓基板11或氮化铝基板11。
进一步，所述反光罩2优先采用金属、陶瓷或硅胶材料制成，但并不限定。本实施例中，所述反光罩2呈上宽下窄的四棱台体，方便加工，同时LED芯片1能够焊接四棱台体的底平面上，保证LED芯片1与反光罩2之间连接牢固可靠，同时保证两者之间的传热效率，而且四棱台形状可有效提高LED器件的光效，当然，所述反光罩2也可以是半球体或长方体等形状。本实用新型也可在反光罩2的内表面上设置纳米涂层，使光线照射到纳米涂层上形成漫反射，从而使LED器件射出的光线更加柔和。
本实用新型中所述量子点发光灌封胶体5优选为无镉量子点发光灌封胶体，即将无镉量子点荧光粉均匀分布于灌封胶中，其具备廉价、无毒的优点，所述无镉量子点发光灌封胶体制备过程如下：
1）、CuInS2核心的制备
0.25mmol的CuI，1mmolIn(Ac)2，5mL的DDT和10mL的液体石蜡置于50mL的三口烧瓶，加热搅拌至100oC，抽真空和反复注入氮气30分钟，在惰性气氛的保护下，将溶液加热至230oC，保持3分钟，即可得到CuInS2核心量子点。
2）、CuInS2/ZnS核壳结构量子点的制备
在另一三口烧瓶体系中，添加16mmol的Zn(SA)2、8mL的DDT加入16mL的液体石蜡，加热搅拌至150oC，得到透明液体。在该温度下，将该透明液体迅速注入CuInS2的核心量子点溶液中，提升混合溶液的温度至250oC，保温2小时。得到CuInS2/ZnS核壳结构量子点。
3）、纯化CuInS2/ZnS核壳结构量子点
将得到核壳结构量子点溶液加入正己烷/甲醇进行萃取，然后取5mL的量子点萃取液加入10mL离心管，再往离心管中继续加入5mL的乙醇，得到浑浊的乳白色液体。在8000转/分钟以上的速度进行离心处理10分钟。得到量子点沉淀粉末。重新加入正己烷，和酒精，重复操作离心，将二次离心量子点分散至正己烷中。即得到的最终CuInS2/ZnS无镉核壳结构量子点。
将纯化的CuInS2/ZnS核壳结构量子点固体溶于正己烷中，再加入摩尔比为1：1的环氧树脂，振荡5分钟，使之混合均匀，准备好盛有去离子水的水槽，然后用针管将量子点混合液体缓慢的滴入水槽中，利用油向水向互不相溶的特点，使量子点在水面上均匀成膜，为了保护量子点，在水槽周围做好遮光设备，然后静置半个小时左右，水面上就形成了无镉量子点发光灌封胶体，最后将量子点荧光粉覆盖到LED芯片1上固化。
本实用新型白光LED器件经光谱性能测试，具有较宽的发射光谱区域，在可见光区400-700nm均有覆盖且连续，所述白光LED器件的光效可以达到150lm/W，色温为5000K，显色指数比较高
本实用新型可通过激发不同发光颜色的量子点转换成红绿光再结合LED芯片1本身的蓝光从而实现白光LED器件，具有广色域，显色指数高等优点。
实施例2
参照图3，其与实施例1的不同之处在于，为垂直结构的LED芯片1，所述LED芯片包括依次叠装的N电极15、N型基板17、N型氮化镓层12、发光层13、P型氮化镓层14及P电极16，所述N电极15与反光罩焊接。该结构电流几乎全部垂直流过LED外延层，避免电流拥挤，提高发光效率和散热效率。
当然，本实用新型除了上述实施方式之外，还可以有其它结构上的变形，这些等同技术方案也应当在其保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其特征在于：包括LED芯片、反光罩、散热器和透光罩，所述反光罩为上端开口下端封闭的壳体，反光罩的内表面均为反光面，所述LED芯片焊接于反光罩内表面的底部，所述反光罩的下部固接有散热器，所述透光罩与反光罩固接，所述透光罩与LED芯片之间设有用于覆盖LED芯片的量子点发光灌封胶体。
2.根据权利要求1所述的一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其特征在于：所述LED芯片包括依次叠装的基板、N型氮化镓层、发光层及P型氮化镓层，所述N型氮化镓层上设置有N电极，所述P型氮化镓层上设置有P电极，所述基板与反光罩焊接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其特征在于：所述基板为蓝宝石基板、硅基板、氮化镓基板或氮化铝基板。
4.根据权利要求1所述的一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其特征在于：所述LED芯片包括依次叠装的N电极、N型基板、N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓层及P电极，所述N电极与反光罩焊接。
5.根据权利要求1所述的一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其特征在于：所述反光罩采用金属、陶瓷或硅胶材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种基于无镉量子点荧光粉的白光LED器件，其特征在于：所述反光罩呈上宽下窄的四棱台体。
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|---|---|---|---|---|
| CN108767094A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-11-06 | 岭南师范学院 | 一种CdxZn1-xSe@ZnS量子点制备的白光LED器件 |
| CN112951103A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-11 | 福州大学 | 一种提升子像素发光均衡的Micro-LED制造方法 |
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