專利名稱：一種藍光激發碳點發光的白光led及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種白光LED及其制備方法，具體的說是通過藍光LED激發硅烷功能化碳點發光制造的一種白光LED，屬于半導體照明技術領域。
背景技術：
LED是一種新型固態光源，具有節能、牢固、環保、壽命長和體積小等優點，己成為光電子、照明等領域的研究熱點。其中，白光LED已經成為新一代的照明光源，廣泛應用于大型顯示屏、景觀照明、汽車用燈、液晶顯示器背光源和裝飾等領域。
目前，白光LED主要有三基色LED芯片組合和熒光粉轉換波長得到，而后者是目前獲得白光LED的主流技術。如利用InGaN藍光LED芯片激發稀土熒光粉，或者用紫外LED 芯片激發外層三基色熒光粉，產生的多色光混合形成白光。但是當前稀土熒光粉的光譜中缺少紅色成分，導致其顯色指數和發光效率都不高，且熒光粉的制備通常采用傳統的高溫固相法，合成溫度高，導致成本高，不利于LED的商業化發展。同時，三基色不同熒光粉的吸收/激發/發射光譜、壽命、耐熱、化學穩定性不一致，色坐標和色域不易調制，且發光材料之間因光線的交互相吸而降低了 LED熒光產率，對白光LED的應用造成了巨大的阻礙。熒光粉材料是微米或幾十微米量級的固體不透明顆粒，存在較嚴重的擋光問題，導致發光不均勻。而且在白光LED裝配時熒光粉以懸濁液形式分散于封裝膠中，存在沉降問題，導致熒光粉涂覆不均勻，造成發光不均。
因此，需要研發一類新型的成本低、色域寬、顯色指數高、穩定性好、透明、均勻分散的熒光轉換材料來制備白光LED以解決現有技術存在的問題和不足。發明內容
針對現有白光LED技術存在的問題，本發明提供一種藍光激發碳點發光的白光 LED,以解決目前白光LED顯色性偏低、色域偏窄和穩定性差等問題。本發明還提供一種該白光LED的制備方法。
本發明的藍光激發碳點發光的白光LED,米用以下技術方案
該白光LED，包括絕緣底座、碗形反射鏡、藍光LED芯片和透鏡，碗形反射鏡設置在絕緣底座上，碗形反射鏡與絕緣底座之間設有導熱片，藍光LED芯片固定在碗形反射鏡中， 藍光LED芯片上覆蓋有硅烷功能化碳點，絕緣底座上設置有兩個與藍光LED芯片連接的電 極，碗形反射鏡的外部設置有透鏡，透鏡內填充透明封裝材料，將電極焊線、碗形反射鏡、硅烷功能化碳點和藍光LED芯片包裹在絕緣底座上。
所述藍光LED芯片的發射波長為420nm-480nm。
所述硅烷功能化碳點是將有機多元酸加入氮氣保護下沸騰回流硅烷液體中使有機多元酸熱解合成得到的硅烷共價鍵修飾的功能化碳點，是一種透明、均勻、穩定的膠體發光材料，避免了傳統熒光粉在封裝膠中的沉降、分散性差、顆粒不均勻、吸收和透過不均勻等問題。碳點的制備均溫度較低，與傳統熒光粉的高溫生產工藝相比，具有操作溫度低，制作時間短等優勢。
所述硅烷功能化碳點的激發波長從綠光520nm到紅光650nm，通過藍光LED激發發紅綠黃光碳點按不同比例混合后的硅烷功能化碳點，可以得到不同顏色、色度值、色溫、顯色指數的白光LED。
透明封裝材料為環氧樹脂、硅膠或硅樹脂等。
上述白光LED的制備方法，包括以下步驟
(I)制備硅烷功能化碳點，使硅烷在氮氣保護下沸騰回流，將有機多元酸以O.002g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液體中，使有機多元酸熱解合成硅烷共價鍵結合的功能化碳點，冷卻后純化即得到透明、均勻、穩定的膠體發光材料硅烷功能化碳點；通過控制梓檬酸的加入量和反應時間可以得到發黃光、綠光和紅光的硅烷功能化碳點；
(2)在絕緣底座上固定導熱片，再將碗形反射鏡固定在導熱片上，
(3)將發射波長為420nm-480nm的藍光LED芯片固定在碗形反射鏡中，將兩個電極分別置于絕緣底座的兩側，并分別通過金線與藍光LED芯片P電極和N電極焊接在一起；
(4)將O. 2 μ L-8 μ L步驟(I)制備的硅烷功能化碳點涂敷在己固定且已連接好電極的藍光LED芯片上，在60-120°C下加熱1_4小時使其固化；
(5)硅烷功能化碳點固化后，在碗形反射鏡的外部放置透鏡，將兩個電極與金線的連接點、金線、碗形反射鏡、硅烷功能化碳點和藍光LED芯片包裹在絕緣底座上，在透鏡內填充滿透明封裝材料，然后置于烘箱中90-150° C下加熱1-4小時，透明封裝材料固化后即得到白光LED。
步驟(4)中的硅烷功能化碳點的可以是發黃光的硅烷功能化碳點，可以是發紅光、 綠光和黃光的三種硅烷功能化碳點中任意兩種任意比例的混合體，也可以是發紅光、綠光和黃光的三種硅烷功能化碳點任意比例的混合體。
本發明利用藍光LED芯片激發碳點發光制備白光LED，解決了目前LED照明技術中顯色性偏低、色域較窄和穩定性差等問題，避免了傳統熒光粉在分散劑中的沉降、分散性差、顆粒不均勻、吸收和透過不均勻等問題，有利于提高LED的發光效率、使用穩定性和壽命O
圖1是本發明藍光LED激發碳點發光的白光LED的結構示意圖。
圖2是本發明制備的白光LED的發光光譜圖。
圖3是本發明制備的白光LED的色度坐標圖。
其中1、有絕緣底座，2、導熱片，3、碗形反射鏡，4、金線，5、藍光LED芯片，6、硅烷功能化碳點，7、電極，8、透鏡，9、透明封裝材料。
具體實施方式
如圖1所示,本發明的藍光激發碳點發光的白光LED,包括絕緣底座1、碗形反射鏡3、藍光LED芯片5和透鏡8，碗形反射鏡3設置在絕緣底座I上，碗形反射鏡3與絕緣底座 I之間設有導熱片2，藍光LED芯片固定在碗形反射鏡3中，藍光LED芯片上覆蓋有硅烷功能化碳點6，絕緣底座I的兩側各設置一個電極7，兩個電極7分別通過一根金線4與藍光LED芯片5連接，碗形反射鏡3的外部設置有透鏡8，透鏡8內填充透明封裝材料9，將兩個電極7與金線4的連接點、金線4、碗形反射鏡3、硅烷功能化碳點6和藍光LED芯片5包裹在絕緣底座I上。其中藍光LED芯片5的發射波長為420nm-480nm。
上述白光LED的制備方法，包括以下步驟
(I)制備硅烷功能化碳點，使硅烷(如Υ_(β-氨乙基)氨丙基三乙氧基硅烷、 Y _( β _氨乙基)氨丙基二甲氧基娃燒、Y-疏丙基二乙氧基娃燒、Y-疏丙基二甲氧基娃燒、苯胺甲基二乙氧基娃燒、苯胺甲基二甲氧基娃燒、Y ~ (2, 3-環氧丙氧)丙基二乙氧基娃烷等)在氮氣保護下沸騰回流，將有機多元酸(如酒石酸、檸檬酸、琥珀酸、均苯四甲酸、蘋果酸等)以O. 002g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液體中，使多元酸熱解合成硅烷共價鍵結合的功能化碳點，冷卻純化后即得到透明、均勻、穩定的膠體發光材料硅烷功能化碳點；
有機多元酸以O. 002g/mL-0. 05g/mL的比例加入回流的硅烷液體，反應 lmin-60min得到發綠光碳點；有機多元酸以O. 05g/mL-0. 4g/mL的比例加入回流的娃燒液體，反應lmin-90min得到發黃光碳點；有機多元酸以O. 4g/mL-5g/mL的比例加入回流的娃燒液體，反應Imin-1OOmin得到發紅光碳點。
(2)在絕緣底座I上固定導熱片2，再將碗形反射鏡3固定在導熱片2上，
(3)將發射波長為420nm-480nm的藍光LED芯片固定在碗形反射鏡3中，將兩個電極7分別置于絕緣底座I的兩側，并分別通過金線與藍光LED芯片P電極和N電極焊接在一起。
(4)將O. 2μ L-8y L步驟(I)制備的硅烷功能化碳點涂敷在己固定且已連接好電極的藍光LED芯片上，在60-120°C下加熱1_4小時使其固化；
(5)硅烷功能化碳點固化后，在碗形反射鏡3的外部放置透鏡8，將兩個電極7與金線4的連接點、金線4、碗形反射鏡3、硅烷功能化碳點6和藍光LED芯片5包裹在絕緣底座I上，在透鏡8內填充滿高折射率透明封裝材料9 (環氧樹脂、硅膠或硅樹脂等)，然后置于烘箱中90-150° C下加熱1-4小時，透明封裝材料固化后即得到白光LED。
步驟(4)中的硅烷功能化碳點的可以是發黃光的硅烷功能化碳點，可以是發紅光、 綠光和黃光的三種硅烷功能化碳點中任意兩種任意比例的混合體，也可以是發紅光、綠光和黃光的三種硅烷功能化碳點任意比例的混合體。
按上述方法米用發射波長為460nm的藍光LED芯片及可發出黃光的娃燒功能化碳點得到的白光LED的發光光譜圖和色度坐標圖如圖2和圖3 所示。
權利要求
1.一種藍光激發碳點發光的白光LED，包括絕緣底座、碗形反射鏡、藍光LED芯片和透鏡，碗形反射鏡設置在絕緣底座上，其特征是碗形反射鏡設置在絕緣底座上，碗形反射鏡與絕緣底座之間設有導熱片，藍光LED芯片固定在碗形反射鏡中，藍光LED芯片上覆蓋有硅烷功能化碳點，絕緣底座上設置有兩個與藍光LED芯片連接的電極，碗形反射鏡的外部設置有透鏡，透鏡內填充透明封裝材料，將電極焊線、碗形反射鏡、硅烷功能化碳點和藍光LED 芯片包裹在絕緣底座上。
2.根據權利要求1所述的藍光激發碳點發光的白光LED，其特征是所述藍光LED芯片的發射波長為420nm-480nm。
3.根據權利要求1所述的藍光激發碳點發光的白光LED，其特征是所述硅烷功能化碳點是將有機多元酸加入氮氣保護下沸騰回流硅烷液體中使有機多元酸熱解合成得到的硅烷共價鍵修飾的功能化碳點。
4.一種權利要求1所述藍光激發碳點發光的白光LED的制備方法，其特征是包括以下步驟(O將有機多元酸以O. 002g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液體中，使有機多元酸熱解合成硅烷共價鍵修飾的功能化碳點，冷卻純化后即得到硅烷功能化碳點；(2)在絕緣底座上固定導熱片，再將碗形反射鏡固定在導熱片上，(3)將發射波長為420nm-480nm的藍光LED芯片固定在碗形反射鏡中，將兩個電極分別置于絕緣底座的兩側，并分別通過金線與藍光LED芯片P電極和N電極焊接在一起；(4)將O.2 μ L-8y L步驟(I)制備的硅烷功能化碳點涂敷在己固定且已連接好電極的藍光LED芯片上，在60-120°C下加熱1_4小時固化；(5)硅烷功能化碳點固化后，在碗形反射鏡的外部放置透鏡，將兩個電極與金線的連接點、金線、碗形反射鏡、硅烷功能化碳點和藍光LED芯片包裹在絕緣底座上，在透鏡內填充滿透明封裝材料，然后置于烘箱中90-150° C下加熱1-4小時，透明封裝材料固化后即得到白光LED。
5.根據權利要求4所述的藍光激發碳點發光的白光LED的制備方法，其特征是所述步驟(I)中有機多元酸以O. 002g/mL-0. 05g/mL的比例加入回流的硅烷液體，反應I分鐘-60分鐘得到發綠光硅烷功能化碳點。
6.根據權利要求4所述的藍光激發碳點發光的白光LED的制備方法，其特征是所述步驟(I)中有機多元酸以O. 05g/mL-0. 4g/mL的比例加入回流的硅烷液體，反應I分鐘-90 分鐘得到發黃光硅烷功能化碳點。
7.根據權利要求4所述的藍光激發碳點發光的白光LED的制備方法，其特征是所述步驟(I)中有機多元酸以O. 4g/mL-5g/mL的比例加入回流的硅烷液體，反應I分鐘-100分鐘得到發紅光硅烷功能化碳點。
8.根據權利要求4所述的藍光激發碳點發光的白光LED的制備方法，其特征是所述步驟(4)中的硅烷功能化碳點是發黃光的硅烷功能化碳點，或者是發紅光、綠光和黃光的三種硅烷功能化碳點中任意兩種任意比例的混合體，或者是發紅光、綠光和黃光的三種硅烷功能化碳點任意比例的混合體。
全文摘要
一種藍光激發碳點發光的白光LED及其制備方法，該白光LED包括絕緣底座、碗形反射鏡、藍光LED芯片和透鏡，碗形反射鏡設置在絕緣底座上，碗形反射鏡與絕緣底座之間設有導熱片，藍光LED芯片固定在碗形反射鏡中，藍光LED芯片上覆蓋有硅烷功能化碳點，碗形反射鏡的外部設置有透鏡，透鏡內填充透明封裝材料；將有機多元酸加入在氮氣保護下沸騰回流的硅烷液體中，使有機多元酸熱解合成硅烷功能化碳點，將藍光LED芯片固定在碗形反射鏡中，將硅烷功能化碳點涂覆在藍光LED芯片上并固化，在碗形反射鏡的外部放置透鏡并填充滿透明封裝材料。本發明有利于提高LED的發光效率、使用穩定性和壽命。
文檔編號H01L33/50GK103066188SQ20131003048
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者郝霄鵬, 尹正茂, 吳擁中, 謝政, 劉春艷, 劉曉燕, 徐現剛 申請人:山東大學