纖維素與半導體納米粒子復合物、制備方法及在led封裝中的應用的制作方法
【專利摘要】纖維素與半導體納米粒子復合物、制備方法及在LED封裝中的應用，屬于LED封裝材料【技術領域】，具體涉及一種低溫下在LiOH/尿素輔助作用下將纖維素溶解于半導體納米粒子溶液形成的復合物及復合物的制備方法，該方法通過調節半導體納米粒子尺寸、種類、濃度，即可獲得大量具有不同熒光顏色、高穩定性的復合物溶液，同時復合物溶液在室溫下放置短時間后，可塑成各種形狀的體相材料，可用于LED封裝材料中，進而獲得高顯色性的LED光源。納米粒子的種類為CdTe、CdSe、CdS、或CdSexTe1-x，尺寸為2.1～5.2納米，LiOH、尿素、半導體納米粒子溶液和纖維素的質量比為1.4～2.6：2.6～5：12.5～25：1。
【專利說明】纖維素與半導體納米粒子復合物、制備方法及在led封裝 中的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于LED封裝材料【技術領域】，具體涉及一種低溫下將纖維素溶解于半導體 納米粒子溶液形成的復合物及復合物的制備方法，該方法通過調節半導體納米粒子尺寸、 種類、濃度，即可獲得大量具有不同熒光顏色、高穩定性的復合物溶液，同時復合物溶液在 室溫下放置短時間后，可塑成各種形狀的體相材料。這種復合物可以應用于LED封裝材料 中，進而獲得高顯色性的LED光源。
【背景技術】
[0002] 發光二極管（LED)光源，作為一類新興的固體光源，其壽命長且光效高。當前，LED 壽命可達10萬小時，這與白熾燈的1000小時和熒光燈的1萬小時形成鮮明對比，而發光效 率已經突破3001m/W，相比于常規燈管的161m/W和熒光燈管的701m/W顯示出非常大的優 勢。由于世界上大約四分之一的電耗都是用來照明，所以如果采用LED將會大大節省能源， 研宄人員預測，當采用LED作為照明光源后，全球每年就可以減少大約4. 2X108噸二氧化 碳的排放量。目前，LED器件的結構主要分為兩類：自發光（電致）器件和有源發光（光致） 器件。第一類器件由于技術限制，很難大規模市場化。相對于自發光器件，有源發光器件除 了包括電致發光為藍光的LED燈芯外，還包括混有熒光物質的封裝材料，目前市場上LED多 為此類結構。但是，受限于封裝材料的溶解性，市售的LED中熒光物質多為稀土材料，其價 格昂貴、光譜可控性低，使得這種LED越來越不能滿足人們的要求。尤其是在顯示器顯色性 方面，其不足尤為突出，這也是目前LED光源發展進程中所遇到的瓶頸。解決問題的關鍵是 發明一種新的熒光復合材料，為此，人們做了很多積極地嘗試。
[0003] 在眾多熒光材料中，半導體納米粒子由于具有窄半峰寬、高量子效率、寬吸收帶等 獨特優勢，從而成為一類十分有前景的候選材料。但受限于傳統的封裝材料多為油溶性聚 合物，使得采用的量子點一般為油相法制備的量子點，這就造成生產成本大幅度提高，無法 量產的問題。因此，找到一種基于水相半導體納米粒子的復合材料是解決這一問題的關鍵。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的就是提供一種操作簡便且成本更低的基于半導體納米粒子和纖維 素復合物的復合材料，即先合成各種熒光顏色的半導體納米粒子溶液，然后在LiOH/尿素 及低溫輔助作用下，將纖維素溶解于其中，最后將其應用于制備高顯色性的白光LED光源 中。
[0005] 本發明利用水相合成方法，前期先獲得不同熒光顏色的半導體納米粒子水溶液， 隨后在LiOH/尿素及低溫輔助作用下，將纖維素溶解于其中形成具有一定黏度復合物溶 液。這種復合物溶液在室溫下放置短時間后，可以形成具有高熒光量子效率、可調熒光顏 色、高穩定性的復合材料。因而，可以將其作為顏色轉換層，應用于LED的封裝材料中。同 時，通過調控半導體納米粒子的熒光顏色，可以生產出高顯色性、高亮度、色溫可調的白光 LED光源。
[0006] 本發明采用的原料都是商業上可以直接買到的無機鹽和纖維素，不需要進一步處 理，按照一定比例直接混合即可，因此實驗操作簡便，危險性小，并且具有良好的實驗重復 性，可以批量生產，同時得到的復合材料具有高熒光量子效率。采用的LED光源是商用未封 裝的藍光LED5050裸貼片。
[0007] 上述水溶性II-VI族納米粒子合成過程在先前的專利中有詳盡的說明，這里不再 贅述。本發明中采用的半導體納米粒子主要包括CdTe、CdSe、CdS和CdSeJeh納米粒子 (0〈x〈l)，這些納米粒子的配體可以為巰基丙酸、巰基乙酸或巰基甘油。
[0008] 本發明中制備復合物的步驟如下：
[0009] 在敞開體系中，加入不同熒光顏色、濃度為1. OX 1(T3?0. lmol/L(以溶液中金屬 Cd元素含量計算）的0(11^、0(156、0(15、或0(156；^ 1_!￡半導體納米粒子溶液，然后在其中溶解 LiOH和尿素，并置于-20?-12°C的環境中，待其溫度穩定時，加入纖維素，并劇烈攪拌使其 溶解，即得到復合物溶液；然后滴加到材質為聚甲基丙酸甲酯的模具中，模具的形狀為圓柱 體、正方體以及"吉林大學"四個漢字，在室溫下放置3?5小時后，即可得到與模具形狀相 同的復合材料。也可將復合物溶液涂覆在未封裝的LED上，再在室溫下放置3?5小時后， 即得到封裝好的LED光源。反應體系中，納米粒子的尺寸為2. 1?5. 2納米，纖維素的分子 量為8. 0X104?1. 0X10 5,同時，LiOH、尿素、納米粒子溶液、纖維素的質量比為1. 4?2. 6 : 2. 6 ?5 :12. 5 ?25 :1〇
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1 :利用巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合物制備的具有橙色（a)， 綠色（b)，黃色（c)，紅色（d)焚光的體相材料；
[0011] 圖2 :利用巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合物制備的含有不同濃度 納米粒子的體相材料（a)，及其元素分析結果（b)，說明調控納米粒子溶液濃度，可以制備 含有不同濃度納米粒子的體相材料；
[0012] 圖3 :利用巰基甘油穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合物制備的具有綠色熒光 的體相材料（a)，與其相對應的熒光光譜（b)，熒光光譜表明體相材料保持了納米粒子的 發光性質；
[0013] 圖4 :利用巰基乙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合物制備的具有黃色熒光 的體相材料（a)，與其相對應的熒光光譜（b)，熒光光譜表明體相材料保持了納米粒子的發 光性質；
[0014] 圖5 :利用巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合材料作為封裝材料制備 的發光為綠光的LED面光源（a)，LED光源的CIE坐標（b)，其CIE坐標為（0. 28,0. 44)，說 明利用這種復合材料可以制得發光為綠光的LED光源；
[0015] 圖6 :利用巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合材料作為封裝材料制備 的發光為黃光的LED面光源（a)，LED光源的CIE坐標（b)，其CIE坐標為（0. 54,0. 43)，說 明利用這種復合材料可以制得發光為黃光的LED光源；
[0016] 圖7 :利用巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合材料作為封裝材料制備 的發光為橙光的LED面光源（a)，LED光源的CIE坐標（b)，其CIE坐標為（0. 58,0. 37)，說 明利用這種復合材料可以制得發光為橙光的LED光源；
[0017] 圖8 :利用巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合材料作為封裝材料制備 的發光為紅光的LED面光源（a)，LED光源的CIE坐標（b)，其CIE坐標為（0. 65,0. 33)，說 明利用這種復合材料可以制得發光為紅光的LED光源；
[0018] 圖9 :利用具有不同熒光顏色的巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子與纖維素的復合材 料作為封裝材料制備的發光為白光的LED光源（a)，LED光源的發光光譜（b)以及其CIE坐 標（c)，其CIE坐標為（0.34,0. 32)，說明通過混合不同種熒光顏色的自組裝材料可以制得 發射光為白光的LED光源。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合實施例對本發明做進一步的闡述，而不是要以此對本發明進行限制。 [0020] 實施例1
[0021] 取直徑為2. 1、2. 6、3. 1和5. 2納米的由巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子溶液（其 中Cd元素的濃度為1. 0 X l(T3m〇l/L)各2mL，分別加入0. 22g的LiOH和0. 42g的尿素，溶解 后，將其冷卻至-12°C后，加入0. 16g、分子量為8. OX 104的纖維素，并劇烈攪拌使其溶解， 然后將復合物溶液放入不同形狀的模具中，2小時后，如圖1所示，得到不同形狀的具有強 熒光的復合材料。
[0022] 實施例2
[0023] 取濃度為 0? 1、5. OX 10_2、2. OX 10_2、5. 0X 10_3和 1. 0X 10 _3mol/L 的直徑為 2. 8 納 米由巰基丙酸穩定的CdTe納米粒子溶液各2mL，分別加入0. 22g的LiOH和0. 42g的尿素， 溶解后，將其冷卻至_20°C后，加入0. 16g、分子量為8. OX 104的纖維素，并劇烈攪拌使其溶 解，然后將復合物溶液放入模具中，2小時后，如圖2所示，得到含有不同濃度納米粒子的復 合材料，其顏色隨著納米粒子濃度的增加從淡黃色轉變為深黃色。并利用元素分析儀器，對 其中Cd元素進行定量分析，隨著納米粒子濃度的增加，Cd含量也在不斷增多（如表1)。
[0024] 表1 :不同濃度的CdTe納米粒子溶液制備得到的復合材料中Cd的含量
[0025]
【權利要求】
1. 一種纖維素與半導體納米粒子復合物的制備方法，其特征在于：向半導體納米粒子 溶液中溶解LiOH和尿素，置于-20?-12°C的環境中，待其溫度穩定時，加入纖維素，并劇烈 攪拌使其溶解，即得到半導體納米粒子復合物溶液；然后滴加到模具中，在室溫下放置3? 5小時后，即可得到與模具形狀相同的復合材料；上述反應體系中，半導體納米粒子的尺寸 為2. 1?5. 2納米，纖維素的分子量為8. OX 104?1. 0X 10 5，LiOH、尿素、納米粒子溶液、纖 維素的質量比為1. 4?2. 6 :2. 6?5 :12. 5?25 :1。
2. 如權利要求1所述的一種纖維素與半導體納米粒子復合物的制備方法，其特征在 于：半導體納米粒子是CdTe、CdSe、CdS或CdSeJeh納米粒子。
3. 如權利要求2所述的一種纖維素與半導體納米粒子復合物的制備方法，其特征在 于：以溶液中Cd元素含量計算，半導體納米粒子的濃度為1. 0 X 1(T3?0. lmol/L。
4. 如權利要求1所述的一種纖維素與半導體納米粒子復合物的制備方法，其特征在 于：半導體納米粒子的配體是巰基丙酸、巰基乙酸或巰基甘油。
5. -種纖維素與半導體納米粒子復合物，其特征在于：由權利要求1?4任何一項所 述的方法制備得到。
6. 權利要求5所述的纖維素與半導體納米粒子復合物在LED封裝中的應用。
7. 如權利要求5所述的纖維素與半導體納米粒子復合物在LED封裝中的應用，其特征 在于：是將復合物溶液涂覆在未封裝的LED上，在室溫下放置3?5小時后，即得到封裝好 的 LED。
【文檔編號】H01L33/50GK104449738SQ201410578626
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】張皓, 周鼎, 鄒昊洋, 劉敏, 楊柏 申請人:吉林大學