包含量子点荧光体的LED盖制造技术

一种具有包含一个或多个量子点(QD)荧光体的盖的LED器件。盖可被大小调整为且被配置为与标准LED封装整合。QD荧光体可以被容纳在LED封装的井中，从而吸收由LED发射的最大量的光，但是QD荧光体布置为与LED芯片在空间上隔开，以避免可能会导致QD荧光体劣化的过热。封装可以被制造和存储用于后续组装到LED器件上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年11月13日提交的美国临时申请No.61/903,503的优先权。
本专利技术总体涉及一种发光器件。更具体地，本专利技术涉及加入了用于修改其光谱输出的荧光体的发光二极管(LED)。
技术介绍
已实质上关注利用由尺寸为大约2nm到50nm的粒子(通常称为量子点(QD)或纳米晶体)组成的化合物半导体的性质。这些材料受到商业上的关注，因为它们的大小可调谐电子性质可以应用于诸如光和电子器件之类的许多商业应用中，并且还可以应用于其它许多新兴应用之中的应用中，比如生物加标、光伏、催化、生物成像、LED、一般空间照明和电致发光显示器等。被最多研究的半导体材料是硫族II-VI材料，即，ZnS、ZnSe、CdS、CdSe、CdTe；最著名的是CdSe，这是因为它具有在光谱的可视范围内的可调谐性。已经从“自下而上”的技术开发出了用于对这些材料进行大规模生产的可重复方法，其中，使用“湿化学”过程来逐原子地制备粒子(即，从分子到团簇再到粒子)。然而，在传统QD中使用的镉和其它限制性重金属是剧毒元素，并且在商业应用中是一重大隐患。包含镉的QD的固有毒性使得它们不能应用于涉及动物或人体的任何应用中。例如，最近的研究表明，在不受保护的情况下，由镉硫族化合物半导体材料制成的QD会在生物环境中引起细胞毒性。具体地，通过各种路经的氧化或化学侵蚀可导致在QD的表面上形成可被释放到周围环境中的镉离子。这种毒性不仅影响了生物应用的进展，还影响了包括光电和通信的其他应用，因为在包括家用电器的许多商业产品(例如IT和电信设备、照明设备、电气和电子工具、玩具、休闲和运动设备)中已经广泛使用了基于重金属的材料。世界许多地区已经实施了限制或禁止在商业产品中应用某些重金属的法律。例如，欧盟法令2002/95/EC(被称为“Restrictions on the use of Hazardous Substances in electronicequipment”(或RoHS))禁止销售包含超标的铅、镉、汞、六价铬以及溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)阻燃剂在内的新电气和电子设备。这一法律要求制造商找出替代材料且开发用于形成常见电子设备的新工程设计过程。此外，关于化学物质及其安全使用的欧洲共同体法规(EC 1907/2006)在2007年6月1日生效。这一法规处理化学物质的登记、评估、批准及限制，并被称为“REACH”。REACH法规赋予企业极大的责任来管理来自化学物质的风险且提供关于物质的安全信息。预计在其他国家(包括中国、韩国、日本和美国)也会颁布类似的法规。因此，存在开发II-VI QD材料的替代物的重大经济动机。已受极大关注的的其它半导体纳米粒子包括含有III-V和IV-VI材料(例如GaN、GaP、GaAs、InP和InAs)的纳米粒子。由于具有增强的共价性质，III-V和IV-VI高晶型半导体粒子更难制备且通常需要更长的退火时间。然而，现在有报道称III-Ⅵ及Ⅳ-Ⅵ材料以类似于用于II-Ⅵ材料的方式制备。例如在美国专利号6,379,635、7,803,423、7,588,828、7,867,556和7,867,557中公开了合成核心和核心-壳纳米粒子的方法。这些专利中的每个专利的内容通过引用全部合并于此。两个基本因素(均与单独半导体纳米粒子的大小有关)造成了它们的独特性质。第一个因素是大的表面积-体积比；随着粒子变小，表面原子的数目与内部原子的数目之比增加。这使得表面性质在材料的整体性质中起到了重要作用。第二个因素是在诸多材料包含半导体纳米粒子的情况下存在材料的电子性质随大小的改变；此外，由于量子约束效应，带隙随着粒子大小减少而逐渐变大。此效应是“箱中电子”的约束引起分立能级的结果，这与在原子及分子中观测到的情况类似，而并非如在相应的体半导体材料中观测到的连续能带。因此，对于半
导体纳米粒子而言，由于物理参数的原因，由电磁辐射吸收(能量比第一激子跃迁更大的光子)产生的电子及空穴与它们在相应的粗晶质(macrocrystalline)材料中彼此更为接近，此外也不能忽视库仑相互作用。这导致了依赖于纳米粒子材料的粒子大小及组成的窄带宽发射。因此，量子点具有比相应粗晶质材料更高的动能，且因此第一激子跃迁(带隙)的能量随着粒子直径的减小而增加。由于在位于可导致非辐射电子-空穴复合的纳米粒子表面上的缺陷及悬键处发生的电子-空穴复合，由单一半导体材料以及外有机钝化层构成的核心半导体纳米粒子趋于具有相对较低的量子效率。一种消除量子点的无机表面上的缺陷及悬键的方法是在核心粒子的表面上外延生长另一无机材料以产生“核心-壳”粒子，另一无机材料与核心材料相比具有更宽的带隙及更小的晶格失配。核心-壳粒子将约束于核心中的任何载流子(carrier)从原本充当非辐射复合中心的表面态分离。一个示例是在CdSe核心的表面上生长的ZnS壳。另一种方法是制备核心-多壳结构(其中电子-空穴对完全约束于由特定材料的几个单层组成的单一壳层)，例如量子点-量子井结构。这里，核心是宽带隙材料，接着是较窄带隙材料的薄壳，且用又一宽带隙层覆盖，比如通过以下方式生长的CdS/HgS/CdS：在核心纳米晶体的表面上使用Hg取代Cd以仅沉积几个HgS单层，然后在其上生长CdS单层。所得到的结构展现出在HgS层中对光激发的载流子的清晰约束。给量子点添加进一步稳定性且有助于约束电子-空穴对的最常见方法之一是在核心上外延生长复合梯度合金层。这有助于减轻原本导致缺陷的应变。此外，对于CdSe核心，为了改善结构稳定性及量子产率，可使用Cd1-xZnxSe1-ySy的梯度合金层而非在核心上直接生长ZnS壳。此方法大幅增强了量子点的光致发光发射。使用原子杂质掺杂量子点也是操纵纳米粒子的发射及吸收性质的有效方式。已开发对宽带隙材料(诸如硒化锌及硫化锌)与锰和铜(ZnSe:Mn或ZnS:Cu)进行掺杂的流程。在半导体纳米晶体中掺杂有不同光致发光活化剂可以以甚至低于体材料的带隙的能量调谐光致发光及电致发光，然而量子尺寸效应可随量子点的大小调谐激子能量，而
与活化剂相关的发射的能量无显著改变。量子点纳米粒子的普遍利用已受限于其物理/化学不稳性及与充分地利用这些量子点(诸如加入到溶剂、墨水、聚合物、玻璃、金属、电子材料、电子设备、生物分子及细胞中)所需要的诸多材料和/或过程的不兼容性。因此，已采用一系列量子点表面修改程序以使量子点更稳定且与所要应用的材料和/或过程要求兼容。量子点的应用的尤其有吸引力的潜力领域是下一代发光二极管(LED)的开发。LED在现代生活中变得越发重要，并且可以想象其具有成为量子点的主要应用(例如在汽车照明、交通信号、普通照明、液晶显示(LCD)背光及显示屏幕中)之一的潜力。当前，LED器件由无机固态化合物半导体制成，诸如AIGaAs(红)、AIGalnP(橘-黄-绿)及AIGalnN(绿-蓝)；然而，发白光的固态LED不可使用当前可得的固态化合物半导体的混合物来产生。此外，经由混合不同频率的固态LED难以产生“纯”色。因此，当前优选的用来产生期望颜色(包含白色)的颜色混合方法是使用荧光材料的组合，荧光材料置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于LED封装的盖，所述LED封装具有包含LED的中心井、上表面和至少一个侧表面，所述盖包括：上部，具有顶表面和底表面，所述底表面被大小调整为且被配置为附接于所述LED封装的所述上表面；井，位于顶部的所述底表面中；多个量子点，位于所述井中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.13 US 61/903,5031.一种用于LED封装的盖，所述LED封装具有包含LED的中心井、上表面和至少一个侧表面，所述盖包括：上部，具有顶表面和底表面，所述底表面被大小调整为且被配置为附接于所述LED封装的所述上表面；井，位于顶部的所述底表面中；多个量子点，位于所述井中。2.根据权利要求1所述的盖，还包括：侧部，附接于所述上部，所述侧部被大小调整为且被配置为附接于所述LED封装的所述至少一个侧表面。3.根据权利要求2所述的盖，其中，所述侧部邻接所述上部。4.根据权利要求1所述的盖，其中，所述上部是透明的。5.根据权利要求1所述的盖，其中，所述上部是半透明的。6.根据权利要求1所述的盖，其中，当所述盖附接于所述LED封装时，所述井与所述LED间隔开。7.根据权利要求1所述的盖，其中，所述多个量子点包括发射具有第一波长的二次光的第一类型量子点和发射具有第二波长的二次光的第二类型量子点。8.根据权利要求7所述的盖，其中，所述第一类型量子点在被蓝光激发时发射绿光，以及所述第二类型量子点在被蓝光激发时发射红光。9.根据权利要求1所述的盖，其中，所述盖的所述上部被成形为提供透镜。10.根据权利要求1所述的盖，其中，所述盖的所述上部被成形为提供透镜阵列。11.根据权利要求1所述的盖，其中，所述盖的所述上部包括光漫射器。12.根据权利要求1所述的盖，其中，所述量子点包括：中心核心，被至少一个壳围绕。13.根据权利要求12所述的盖，其中，所述壳材料不同于所述核心材料。14.根据权利要求1所述的盖，其中，所述量子点包括核心，所述核心包括铟和荧光体，所述核心被包括ZnS的第一壳围绕，所述第一壳被包括ZnO的第二壳围绕。15.根据权利要求1所述的盖，其中，所述量子点是无镉量子点。16.根据权利要求1所述的盖，其中，所述量子点悬浮于基质中。17.根据权利要求16所述的盖，其中，所述基质包括丙烯酸酯聚合物。18.根据权利要求16所述的盖，其中，所述基质包括环氧树脂聚合物。19.根据权利要求1所述的盖，其中，所述量子点被加入到珠中。20.一种发光器件，包括：封装，具有中心井、上表面及至少一个侧表面；LED，位于所述中心井内；盖，包括具有顶表面及底表面的上部，所述底表面附接于所述封装的所述上表面；井，位于顶部的所述底表面中；多个量子点，位于所述井中。21.根据权利要求20所述的发光器件，其中，所述盖的所述底表面利用实质上不透氧的粘合剂附接于所述封装的所述上表面。22.一种用于LED封装的盖，所述LED封装具有包含LED的中心井和上表面，所述盖包括：周边部分，被大小调整为且被配置为附接于所述LED封装的所述上表面；中心部分，相对于所述周边部分凹陷，形成盖井；多个量子点，位于所述盖井中。23.根据权利要求1所述的盖，还包括：帽，附接于所述周边部分且覆盖所述盖井。24.根据权利要求23所述的盖，其中，所述帽...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·哈里斯，
申请(专利权)人：纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB