用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉制造技术

本发明专利技术公开了用于pc‑LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，颗粒粒径d满足d≥0.1λ/π(λ为入射光波长，π为圆周率)，采用的是多层核壳结构，颗粒内包含量子点发光层。前向散射增强特性使得光线散射时向前部分光强大于向后部分光强，有效避免后向散射引起的多次散射/吸收带来的光强损失，提升光抽取效率，结合量子点的窄带发光，实现光谱效率的改善。

Forward Scattering Enhanced Quantum Dot Phosphor for pc-LED Packaging

【技术实现步骤摘要】
用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉
本专利技术涉及光电
，具体涉及用于pc-LEDs(phosphorconvertedlight-emittingdiode，基于荧光粉转换的发光二极管)封装的前向散射增强型量子点荧光粉的结构及其制备。
技术介绍
量子点(QuantumDots,QD)，其本质是一种纳米级的半导体材料，其粒径通常在1nm至10nm的范围。因为量子限域的作用，其能带结构并不是连续的，而其能级结构是分立的，其光学行为与大分子类似可发射荧光，其体积大小控制发光光谱，即存在量子尺寸效应。正是因为量子尺寸效应，可以用作荧光粉材料，同种材料只需要改变其颗粒大小即可实现不同波段的发光光谱。虽然其制备简单并且成本较低，却具有较高的量子产率。在pc-LEDs中，相对于传统微米级荧光粉而言，量子点具有非常窄的半波峰宽，其色纯度较高，可大幅超过NTSC色域范围。所以基于多色量子点转化的LED能够获得的很高显色性能，其Ra与R9的值均可超过95，几乎接近100。量子点涂层与传统荧光粉涂层类似，都是通过吸收芯片发出的光子进行转化发射出需要的波段的光子，其形貌浓度同样影响光色品质和光效。通常借助一定的载体材料将量子点与硅胶均匀混合，得到稳定胶体进行涂覆制备胶体量子点层。不同的是，在传统的白光pc-LEDs封装中，宽带发光谱的荧光粉(如YAG:Ce3+等)由于其光谱的长红光、远红光成分的视觉灵敏度低下又会带来额外的发光效能(LER，LuminousEfficacyofRadiation)的损失，即白光光谱效率损失；为了提高发光效能LER，峰值位于高视觉灵敏度波长区域、具有较窄发射带宽(FWHM＝30nm)的量子点荧光粉(QDs)是不错的选择，利用量子点荧光粉的窄带发射谱和波长可调控特性，调整波长到人眼视觉最灵敏的绿色、红色波段，能获得高的视觉响应；同时减少光谱带宽，将辐射能量集中在视觉灵敏度高的范围，减少传统荧光粉长红光、远红光成分带来的低视觉灵敏度发光效能损失。而对于植物照明用pc-LEDs封装，能调整相应的光谱，落在红、蓝有效区域。因此，量子点转换发光也将会是照明与显示的重要发展趋势，具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是如何实现进一步改善量子点荧光粉的出光效率涂层。由于纳米量子点本身尺寸过小，一般都会小于12nm，对于可见光易引起瑞利散射，其后向散射较强，易引起光强损失。实验发现，对于常见的蓝光LED芯片来说，小于12nm的量子点会引起光强损失，要实现前向散射增强粒径要在15nm以上。因此本专利技术提出基于前向散射特性增强型核壳量子点(ForwardMieScattering--QuantumDots，FMS-QDs)荧光粉，即在量子点发光层表面添加包覆层，或籽晶上生长量子发光层，提高尺寸后得到的量子点荧光粉，将具有对光前向散射增强的纳米荧光粉均匀分散到介质中，涂覆在LED芯片出光方向的表面上，实现了前向散射增强和窄带发光，既能提高出光效率，也使得光谱精细可调。本专利技术提出用于pc-LED封装的前向散射增强型量子点荧光粉。本专利技术的技术方案为：用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，量子点荧光粉颗粒是多层核壳结构，包含量子点发光层，受激发后有窄带发光谱；粒径d≥0.1λ/π(λ为入射光波长，π为圆周率)，会发生米氏散射，颗粒粒径尺寸上能够引起所传输光线的前向散射增强；所述的量子点荧光粉用于pc-LED封装的涂层，涂覆在LED芯片出光方向表面上，形成量子点荧光粉涂层。所述的多层核壳结构是为了提高颗粒的粒径，可见光遇到包裹加厚的量子点荧光粉颗粒(粒径d≥0.1λ/π)后发生米氏散射，可见光遇到一般尺寸下(12nm以下)量子点荧光粉颗粒下发生瑞利散射,光线米氏散射时向前部分光强大于向后部分光强，而发生瑞利散射时前后向光强相等。所述的多层核壳结构包括量子点发光层/包覆层的结构、或籽晶/量子点发光层的结构，或籽晶/量子点发光层/包覆层结构；量子点发光层、包覆层是一层或多层。所述的多层核壳量子点发光层是CdSe、ZnS、CdTe、ZnO、ZnTe、CdS、MgO、CaO、MgS、CaS、MgSe、CaSe、MgTe、CaTe的II-VI族化合物中一种或多种，或是部分其他化合物MoSe2、In2O3的一种或组合。所述的多层核壳量子点可以是二层，三层、四层甚至更多层。一种做法是内层核作发光层，尺寸在2～10nm，最后外面的包覆层厚度范围是10nm以上；另一种是内层核不作发光层，尺寸在2nm以上，随后包覆的发光层厚度在2～10nm，最后外面的包覆层厚度范围是8nm以上；其中波长满足粒径d≥0.1λ/π。所述的包覆材料包括II-VI族的CdSe、ZnS、CdTe、ZnO、ZnTe、CdS、MgO、CaO、MgS、CaS、MgSe、CaSe、MgTe、CaTe所形成的包覆层，还包括其他的氧化物SiO2、TiO2、ZrO2、ITO、In2O3、SnO2。将氧化物利用水解的方式包覆到量子点上去，得到的量子点荧光粉颗粒需要满足粒径在纳米尺寸，又能引起光的米氏散射，增强所传输光线的前向散射。如对常见的蓝光氮化镓芯片涂覆需要满足整体粒径d≥15nm，对红光需要满足粒径d≥24.9nm。将具有对光前向散射的量子点荧光粉配合分散剂，均匀分散到配粉胶中，单纯的控制抽光层的形状一定程度上可以改善光的分布，为了更进一步的提升均匀性，在抽光层中加入分散剂、光扩散剂。常用的有无机光扩散剂二氧化硅材料，有机的分散剂四氢呋喃；QDs荧光粉与配粉胶以可调质量分数1％～35％的比例均匀混合；QDs荧光粉还能与其他荧光粉以不同的配比混合。所述配粉胶为硅胶、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或感光胶中的一种或者多种组合；所述的感光胶包括以下三类负性感光胶：①SBQ感光胶(聚乙烯醇环缩醛苯乙烯基吡啶盐树脂感光胶)、SBQ-PVA+高分子乳剂、SBQ-PVA+高分子乳剂+丙烯酸酯或有机苯乙烯基吡啶盐树脂感光胶体系中的一种或者多种的组合；②感光剂+成膜剂型，即感光性化合物+高分子化合物型，其中感光剂为重铬酸盐、铬酸盐、重氮化合物或者是叠氮基化合物中的一种或者多种的组合；成膜剂为聚乙烯醇(PVA)、阿拉伯树胶、聚酰亚胺或聚乙酸乙烯酯乳剂中的一种或者多种的组合；③带感光基的高分子化合物型，主要有聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯醇肉桂叉乙酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇-对-叠氮苯甲酸酯(PVAB)中的一种或者多种的组合。所述的量子点荧光粉涂层的制备方法，可以是点胶法，也可以是电泳法、喷涂法、浸渍法、旋涂法、沉淀法、打印法其中之一，或者两种及两种以上方法的组合。所述的量子点荧光粉用于pc-LEDs芯片的封装，所述LED是单颗的LED芯片，或者是同一基底上的多颗LED芯片组，或者是整个晶圆(Wafer)。所述的量子点荧光粉涂层，即涂覆在LED出光表面的荧光粉涂层，是直接接触LED芯片发光表面的方式，或是离开LED芯片发光表面一段距离的出光表面的remote(悬空)涂层结构。所述的量子点荧光粉涂层根据配粉胶的不同固化方式是自然固化，加热固化，或是感光固化。附图说明图1、本专利技术的基于前向散射的量子点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于pc‑LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，其特征在于：所述的量子点荧光粉颗粒是多层核壳结构，包含量子点发光层，有窄带发光谱；粒径d≥0.1λ/π(λ为入射光波长，π为圆周率)，引起米氏散射，散射时向前部分的光强多于向后部分的光强，使所传输光线的前向散射增强；所述量子点荧光粉用于pc‑LED封装的涂层，涂覆在LED芯片出光方向表面上。

【技术特征摘要】
1.用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，其特征在于：所述的量子点荧光粉颗粒是多层核壳结构，包含量子点发光层，有窄带发光谱；粒径d≥0.1λ/π(λ为入射光波长，π为圆周率)，引起米氏散射，散射时向前部分的光强多于向后部分的光强，使所传输光线的前向散射增强；所述量子点荧光粉用于pc-LED封装的涂层，涂覆在LED芯片出光方向表面上。2.根据权利要求1所述的用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，其特征在于：所述的多层核壳结构，或是量子点发光层/包覆层的结构、或籽晶/量子点发光层的结构，或籽晶/量子点发光层/包覆层结构；量子点发光层、包覆层是一层或多层；所述的量子点发光层厚度在2～10nm。3.根据权利要求1所述的用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，其特征在于：所述量子点发光层是II-VI族化合物是CdSe、ZnS、CdTe、ZnO、ZnTe、CdS、MgO、CaO、MgS、CaS、MgSe、CaSe、MgTe、CaTe的一种或多种的组合，或是其他元素化合物MoSe2、In2Se3的一种或组合。4.根据权利要求1所述的用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，其特征在于：所述多层核壳结构的包覆层是II-VI族化合物或其它氧化物SiO2、TiO2、ZrO2、ITO、In2O3、SnO2的一种或多种组合；包覆后的颗粒粒径d≥0.1λ/π。5.根据权利要求1所述的用于pc-LEDs封装的前向散射增强型量子点荧光粉，其特征在于：所述的涂层成分是量子点荧光粉分散到配粉胶得到的混合物，或是量子点荧光粉和其他荧光粉混合分散到配粉胶得到的混合物。6.根据权利要求1所述的用于pc-LED...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶海波，吴志琪，彭俊，陈继伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51