一种照明和显示用多色LED及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种照明和显示用多色发光二极管(LED)及其制备方法，该多色LED由蓝光LED芯片以及涂覆在其表面的基于金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料组成，其中多色发光材料的组成为：金属有机框架占比96.5‑99.98wt％，3‑(2‑苯并噻唑基)‑N,N‑二乙基苯并胺占比0.01‑1.5wt％，2‑(6‑氨基‑3‑亚氨基‑3H‑呫吨‑9‑基)苯甲酸甲酯占比0.005‑1wt％，9‑(2‑羧苯基)‑2,3,6,7,12,13,16,17‑八氢‑1H,5H,11H,15H‑呫吨[2,3,4‑IJ:5,6,7‑I＇J＇]二喹啉‑18‑氯化铵占比0.005‑1.5wt％。本发明专利技术基于多种荧光分子在金属有机框架中高效的能量传递，制备的多色LED色域宽，效率高。本发明专利技术针对现有商用白光LED色域窄、显色性较差以及微显示领域多芯片转移困难等问题进行改进，可用于白光照明和全色显示领域。

【技术实现步骤摘要】
一种照明和显示用多色LED及其制备方法
本专利技术涉及有机-无机杂化材料科学、物理光学、固体发光材料等科学领域，具体涉及一种照明和显示用多色LED及其制备方法。
技术介绍
白光LED以其高效节能、绿色环保、响应快、可靠性强、耐震动冲击及无汞污染等优点，被认为是替代传统照明光源的理想照明产品。目前商用的白光LED主要由蓝光LED与黄光YAG：Ce3+荧光粉组合得到，其优势在于封装工艺简单，易于批量生产，蓝光LED制造技术比较成熟且能提供比较高的流明效率。但这种由蓝光(450-460nm)和黄光(530-570nm)组合而得的白光是一种感官上的“假白光”，由于光谱中缺少红光和绿光成分，造成整体色温偏高、光色偏冷、显色指数偏低、显色性差等缺陷。因此，寻找和设计制备能够被商用蓝光LED有效激发、具有尽可能宽的光谱覆盖程度且光谱中含有充足红光成分的荧光粉一直以来都是人们研究的重点和热点。微型发光LED芯片(micro-LED)是一种将传统发光LED芯片进行微缩矩阵化的技术，传统LED尺寸一般大于200μm,而micro-LED则将尺寸缩小到100μm以内，并可以通过矩阵化排列对每个像素点单独定址、驱动和点亮，相比于传统的TFT-LCD、近几年发展较快的OLED显示技术，micro-LED具有高对比度、高亮度、低功耗的优势，与OLED一样可以自发光而不需要背光元件，但比OLED的寿命更长，可用作头戴式显示设备、手机、微投影、高端电视等的显示器件。为了达到宽色域的显示效果，需要在一个阵列基板上生长R-G-B三基色micro-LED，以提供不同颜色的发光单元，但是这种方法非常复杂，难于操作，而用工艺更加成熟的蓝色micro-LED作为基底，其上涂覆宽谱多色发光材料，在出光方向上加彩色滤光层以实现全色显示的方法则更易于实现，因此需要开发优良的宽谱多色发光材料。金属有机框架是一种由金属离子或金属离子簇与多齿有机配体桥联形成的新型三维多孔晶态材料，该材料本身具有孔道结构有序、孔道尺寸可调、比表面积大等特点。有机荧光分子发光较强，但具有聚集淬灭效应，固体状态下发光很弱，但是将荧光分子引入金属有机框架的孔道中可以有效地减轻甚至避免荧光分子的聚集淬灭，这是由于金属有机框架的孔道结构能够极大地限制分子内旋转运动，提高其结构刚度，从而降低非辐射跃迁的几率，提高其发光效率和稳定性。基于宽谱多色发光的目的，体系中需要同时引入几种发光不同的荧光分子，但单一激发光下发光特性不同的荧光分子会因为受激不足而影响整个体系的光谱结构和输出效率，而当一种分子的发射光谱与另一种分子的吸收光谱重叠程度较大时，前者就会向后者产生能量传递，这样在单一激发光的激发下也能够实现几种荧光分子的宽谱高效发光。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种照明和显示用多色LED及其制备方法，以克服现有商用白光LED缺少红光成分、所得白光显色性差、色温高的缺点，应用在白光LED领域能够得到高显色指数、较高流明效率的暖色光，应用在显示领域具有较好的色纯度和光谱宽度，能够作全彩显示。本专利技术的目的通过如下方式来达到：一种照明和显示用多色LED，包括蓝光LED芯片以及涂覆在其表面的金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料，所述多色发光材料的组成为：金属有机框架占比96.5-99.98wt％，3-(2-苯并噻唑基)-N,N-二乙基苯并胺占比0.01-1.5wt％，2-(6-氨基-3-亚氨基-3H-呫吨-9-基)苯甲酸甲酯占比0.005-1wt％，9-(2-羧苯基)-2,3,6,7,12,13,16,17-八氢-1H,5H,11H,15H-呫吨[2,3,4-IJ:5,6,7-I＇J＇]二喹啉-18-氯化铵占比0.005-1.5wt％。其中3-(2-苯并噻唑基)-N,N-二乙基苯并胺在440-470nm蓝光区域产生最大吸收，与商用蓝光LED芯片发光波长(450-470nm)符合良好，其发射为510-550nm的宽谱绿光，而2-(6-氨基-3-亚氨基-3H-呫吨-9-基)苯甲酸甲酯的最大吸收520-560nm恰好与之产生较大重叠，并受激发出540-580nm的黄绿光，这一发光范围又与9-(2-羧苯基)-2,3,6,7,12,13,16,17-八氢-1H,5H,11H,15H-呫吨[2,3,4-IJ:5,6,7-I＇J＇]二喹啉-18-氯化铵的吸收范围(550-580nm)产生较大重叠，因此在单一蓝光激发下，体系内部长波长发光的荧光分子能够被短波长发光的荧光分子有效激发，从而在保证宽谱多色输出时也能保证高的量子效率。本专利技术的照明和显示用多色LED的制备方法，包括以下两种：方法一包括以下步骤：步骤一、原位一步法制备金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料将多齿羧酸有机配体与金属盐水合物按照质量配比1:0.2-1:5溶于30-100mL有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶液中，取0.5-10mg的3-(2-苯并噻唑基)-N,N-二乙基苯并胺、0.2-5mg的2-(6-氨基-3-亚氨基-3H-呫吨-9-基)苯甲酸甲酯和0.2-10mg的9-(2-羧苯基)-2,3,6,7,12,13,16,17-八氢-1H,5H,11H,15H-呫吨[2,3,4-IJ:5,6,7-I＇J＇]二喹啉-18-氯化铵加入上述混合溶液中，调节pH值为5-7，超声分散，将超声后的反应溶液装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于80-160℃反应10-48h，反应结束后过滤并用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤，于30-100℃烘干，得到金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料；步骤二、多色LED的制备将步骤一制备的金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料研磨至粒径为120-230目，与高透明有机硅胶按照质量比1:2-1:5混合搅拌，真空脱泡，涂覆蓝光LED芯片表面，100℃下固化0.5-3h，得到多色LED。方法二包括以下步骤：步骤一、金属有机框架的制备将多齿羧酸有机配体与金属盐水合物按照质量配比1:0.2-1:5溶于30-100mL有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶液中，调节pH值为5-7，将调节好的反应溶液装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于80-160℃反应10-48h，反应结束后过滤并用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤，于30-100℃烘干，得到金属有机框架；步骤二、金属有机框架负载荧光分子将金属有机框架研磨至粒径为120-230目，取0.5-10mg的3-(2-苯并噻唑基)-N,N-二乙基苯并胺、0.2-5mg的2-(6-氨基-3-亚氨基-3H-呫吨-9-基)苯甲酸甲酯和0.2-10mg的9-(2-羧苯基)-2,3,6,7,12,13,16,17-八氢-1H,5H,11H,15H-呫吨[2,3,4-IJ:5,6,7-I＇J＇]二喹啉-18-氯化铵与1-10mLN,N-二甲基甲酰胺配成荧光分子混合溶液，将已磨好的金属有机框架10-500mg加入荧光分子混合溶液中，通过扩散装载或离子交换反应装载，于30-90℃下浸泡5-36h，过滤并用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤至上清液无色，于30-100℃下烘干，得到金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料。步骤三、多色LED的制备将步骤二制备的金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料，与高透明有机硅胶按照质量比1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种照明和显示用多色LED，其特征是：包括蓝光LED芯片以及涂覆在其表面的金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料，其中多色发光材料的组成及质量百分数为：金属有机框架占比96.5‑99.98wt％，3‑(2‑苯并噻唑基)‑N,N‑二乙基苯并胺占比0.01‑1.5wt％，2‑(6‑氨基‑3‑亚氨基‑3H‑呫吨‑9‑基)苯甲酸甲酯占比0.005‑1wt％，9‑(2‑羧苯基)‑2,3,6,7,12,13,16,17‑八氢‑1H,5H,11H,15H‑呫吨[2,3,4‑IJ:5,6,7‑I＇J＇]二喹啉‑18‑氯化铵占比0.005‑1.5wt％。

【技术特征摘要】
1.一种照明和显示用多色LED，其特征是：包括蓝光LED芯片以及涂覆在其表面的金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料，其中多色发光材料的组成及质量百分数为：金属有机框架占比96.5-99.98wt％，3-(2-苯并噻唑基)-N,N-二乙基苯并胺占比0.01-1.5wt％，2-(6-氨基-3-亚氨基-3H-呫吨-9-基)苯甲酸甲酯占比0.005-1wt％，9-(2-羧苯基)-2,3,6,7,12,13,16,17-八氢-1H,5H,11H,15H-呫吨[2,3,4-IJ:5,6,7-I＇J＇]二喹啉-18-氯化铵占比0.005-1.5wt％。2.一种如权利要求1所述的照明和显示用多色LED的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、原位一步法制备金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料将多齿羧酸有机配体与金属盐水合物按照质量配比1:0.2-1:5溶于30-100mL有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶液中，取0.5-10mg的3-(2-苯并噻唑基)-N,N-二乙基苯并胺、0.2-5mg的2-(6-氨基-3-亚氨基-3H-呫吨-9-基)苯甲酸甲酯和0.2-10mg的9-(2-羧苯基)-2,3,6,7,12,13,16,17-八氢-1H,5H,11H,15H-呫吨[2,3,4-IJ:5,6,7-I＇J＇]二喹啉-18-氯化铵加入上述混合溶液中，调节pH值为5-7，超声分散，将超声后的反应溶液装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于80-160℃反应10-48h，反应结束后过滤并用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤，于30-100℃烘干，得到金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料；步骤二、多色LED的制备将步骤一制备的金属有机框架负载荧光分子的多色发光材料研磨至粒径为120-230目，与高透明有机硅胶按照质量比1:2-1:5混合搅拌，真空脱泡，均匀涂覆在蓝光LED芯片表面，100℃下固化0.5-3h，得到多色LED；或者，包括以下步骤：步骤一、金属有机框架材料的制备将多齿羧酸有机配体与金属盐水合物按照质量配比1:0.2-1:5溶于30-100mL有机溶剂或有机溶剂与水的混合溶液中，调节pH值为5-7，将调节好的反应溶液装入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于80-160℃反应10-48h，反应结束后过滤并用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇洗涤，于30-100℃烘干，得到金属有机框架材料；步骤二、金属有机框架负载荧光分...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱国栋，唐莹，崔元靖，杨雨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33