一種復合白光led及其制備方法

一種復合白光led及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種復合白光LED，包括基板，LED芯片及透光殼體，所述LED芯片底部固定于所述基板表面，所述基板上部套有透光殼體，在LED芯片上部覆蓋有熒光粉膠體，所述透光殼體內表面附著有量子點薄膜，所述量子點薄膜與熒光粉膠體間為空氣間隙。本發明還公開了該復合白光LED的制備方法。由于熒光粉膠與量子點殼體間留有空氣間隙，該空氣間隙可以防止量子點發射光與熒光粉發射光之間的吸收效應；并且量子點薄膜與熒光粉層為曲面形貌，更利于光能量的取出，從而顯著提高復合白光LED的發光效率。本發明的操作方法簡單，成本低，可靈活控制熒光粉膠與量子點薄膜的厚度、形貌以及成分，從而獲得高顯色性能的復合白光LED，適用于大規模生產。
【專利說明】
一種復合白光LED及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于LED封裝領域，更具體地，涉及一種復合白光LED及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 半導體照明是一種基于高效白光發光二極管的新型照明技術。相比傳統照明光 源，具有發光效率高、耗電量少、可靠性高和壽命長等優點，被公認為21世紀最具發展前景 的高技術領域之一。同時，基于白光LED背光的平板顯示技術近年來發展迅猛，已成為新的 經濟增長點。預計到2020年我國白光LED相關產值有望達到萬億元。
[0003] 目前商業化的白光LED是利用藍光LED芯片激發黃色熒光粉，透射藍光與激發黃光 混合得到白光。然而由于光譜中缺乏紅光成分，因此傳統的白光LED有著顯色指數低、色彩 不飽和的缺陷。基于此，國內外學者與產業界提出在傳統白光LED中加入新的光轉換材料一 量子點。量子點是一種半導體材料，尺寸在2~20nm之間。由于量子點的發光波長可以隨尺 寸調控，并且有著寬的吸收譜和窄的發射譜，因此同時摻有熒光粉和量子點的復合白光LED 有著出色的顯色性能，色彩飽和度高。然而現有的復合白光LED封裝結構中，量子點層與熒 光粉層的形貌大多為平面形，未經過特殊設計，不利于光能量的取出；并且量子點與熒光粉 層之間的相互吸收作用導致能量損失，導致復合白光LED發光效率不高。

【發明內容】

[0004] 針對現有技術的以上缺陷，本發明的目的是提供一種提高發光效率的復合白光 LED。
[0005] 本發明的另一目的是提供該復合白光LED的制備方法。
[0006] 為達到上述目的之一，本發明采用以下技術方案：
[0007] 一種復合白光LED，包括基板，LED芯片及透光殼體，所述LED芯片底部固定于所述 基板表面，所述基板上部套有透光殼體，在LED芯片上部覆蓋有熒光粉膠體，所述透光殼體 內表面附著有量子點薄膜，所述量子點薄膜與熒光粉膠體間為空氣間隙。
[0008] 進一步地，所述量子點薄膜的厚度為0.05~3mm，所述量子點薄膜包括量子點顆粒 和尚分子基質。
[0009] 進一步地，所述量子點顆粒在量子點薄膜中的質量分數為0.1~10%，所述量子點 顆粒的發光波長為450~700nm〇
[0010] 進一步地，所述量子點顆粒為核殼結構顆粒，所述核殼結構顆粒的核層為硒化鎘、 硫硒化鎘、磷化銦、銅銦硫、鈣鈦礦中的一種或多種，所述核殼結構顆粒的殼層為硫化鋅、硫 化鎘、硫鋅化鎘中的一種或多種;所述高分子基質為聚甲基丙烯酸甲酯。
[0011] 進一步地，所述量子點薄膜的邊緣厚度為中心厚度的50~100%。
[0012] 量子點顆粒的粒徑為2~30nm。
[0013] 進一步地，所述透光殼體的材料為硅膠、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或玻璃;所 述透光殼體的形狀為半球形或球缺形。
[0014] 透光殼體的透光率大于90% ;透光殼體內表面的直徑為1~30mm。
[0015] 進一步地，所述熒光粉膠體的形貌為半球形或球缺形，底面半徑為0.7~1.5mm，高 度不超過底面半徑。
[0016] 進一步地，所述熒光粉膠體包括熒光粉顆粒和硅膠，所述熒光粉顆粒的質量分數 為5~30%，所述熒光粉顆粒的發光波長為450~700nm。
[0017] 熒光粉顆粒的粒徑為12~20μπι。
[0018] 進一步地，所述LED芯片為垂直電極芯片或水平電極芯片，其襯底為藍寶石或硅。
[0019] -種制備權利上述的復合白光LED的方法，包括以下步驟：
[0020] Sl、點涂熒光粉膠:將熒光粉膠體點涂在所述LED芯片正上方，覆蓋LED芯片，形成 半球形或球缺形的形貌，再放入烘箱中，加熱，使熒光粉膠固化；
[0021] S2、制備量子點透光殼體:將甲基丙烯酸甲酯溶液與偶氮二異丁腈粉末混合后，加 入量子點，超聲震蕩，隨后將混合溶液加熱，吸取混合溶液注入透光殼體內表面，再放入加 熱箱中使溶液固化；
[0022] S3、復合白光LED的封裝:將S2所得到的透光殼體安裝在基板上，完成復合白光LED 的封裝。
[0023] 總體而言，與現有技術相比，本發明通過將熒光粉膠體和量子點殼體制作成曲面， 并且在熒光粉膠體與量子點殼體之間留有空氣間隙，從而具有下列有益效果：
[0024] 1、通過將熒光粉膠體與量子點殼體制作成曲面的結構，可減少光能量在膠體與外 界面的全反射，從而提高復合白光LED取光效率。
[0025] 2、通過在熒光粉膠體與量子點殼體間留有空氣間隙，可減少熒光粉與量子點對彼 此光能量的相互吸收，從而減少吸收損失，提高復合白光LED取光效率。
[0026] 3、由于直接在透光殼體內部制備得到曲面量子點薄膜，且量子點薄膜的邊緣光 滑，從而無需裁剪量子點薄膜，因而節省了量子點材料，降低了生產成本。
[0027] 4、本發明的操作方法簡單，成本低，可靈活控制熒光粉膠與量子點薄膜的厚度、形 貌以及成分，從而獲得高顯色性能的復合白光LED，適用于大規模生產。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明實施例1的LED結構示意圖；
[0029] 圖2為本發明制備LED的流程圖；
[0030] 圖3為本發明實施例2的LED結構示意圖；
[0031] 圖4是本發明對比例1的LED結構示意圖；
[0032]圖5是樣品測試的光譜分布圖；
[0033]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1001-基板、 1002-LED芯片、1003-熒光粉膠體、1004-空氣間隙、1005-量子點薄膜、1006-透光殼體、 1007-點膠設備、1008-封裝膠。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0035] 本發明提供了 一種復合白光LED，包括基板1001，LED芯片1002，焚光粉膠體1003， 量子點薄膜1005以及透光殼體1006,所述LED芯片1002底部固定于所述基板1001表面，所述 基板1001上部套有透光殼體1006,在LED芯片1002上部覆蓋有熒光粉膠體1003,所述透光殼 體1006內表面附著有量子點薄膜1005,所述量子點薄膜1005與熒光粉膠體1004之間留有空 氣間隙1004,如圖1所示。
[0036] 所述透光殼體的透光率大于90%，材料可采用硅膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚 碳酸酯(PC)或玻璃等耐熱透光的硬質材料，其形狀為半球形，內表面的直徑為1~30mm。
[0037] 所述量子點薄膜的厚度為0.05~3mm，由粒徑為2~30nm的量子點顆粒和高分子基 質組成，其中，所述量子點顆粒的質量分數為0.1~10%，所述量子點顆粒的發光波長為 450nm~700nm。所述量子點顆粒為核殼結構顆粒，所述核殼結構顆粒的核層為硒化鎘 (CdSe)、硫硒化鎘(CdSSe)、磷化銦（InP)、銅銦硫(CuInS 2)、鈣鈦礦(CsPbX3,其中X = Cl，Br， I)中的一種或多種，所述核殼結構顆粒的殼層為硫化鋅（ZnS)、硫化鎘（CdS)、硫鋅化鎘 (CdZnS)中的一種或多種;所述高分子基質為聚甲基丙烯酸甲酯。量子點薄膜的厚度根據所 制備的復合白光LED的大小和性能而定，其組成則根據所制備的白光LED來選擇。
[0038] 所述熒光粉膠中的膠體為硅膠，環氧樹脂和液態玻璃中的一種或多種，形貌為半 球形或球缺形，底面半徑為0.7~1.5mm，高度不超過底面半徑，由粒徑為12~20μπι的熒光粉 顆粒和硅膠組成，其中，所述熒光粉顆粒的質量分數為5~30%，所述熒光粉顆粒的發光波 長為450~700nm。
[0039] 所述LED芯片為垂直電極芯片或水平電極芯片，其襯底為藍寶石或硅。
[0040] 該復合白光LED的制備方法，包括以下步驟，如圖2所示：
[00411 Sl、點涂熒光粉膠。將所述熒光粉膠體1003通過點膠設備1007點涂在所述LED芯片 1002正上方，覆蓋LED芯片1002，形成半球形或球缺形的形貌，再放入烘箱中，150 °C加熱1小 時，使熒光粉膠固化；
[0042] S2、制備量子點透光殼體。取2mL甲基丙烯酸甲酯溶液與0.Olg偶氮二異丁腈粉末 混合后，加入量子點，超聲震蕩10分鐘，隨后將混合溶液在70°C下水浴10分鐘，再從混合溶 液中吸取3~40yL，注入透光殼體1006內表面，再放入45 °C的加熱箱中12小時使溶液固化； [0043] S3、復合白光LED的封裝。將S2所得到的透光殼體1006安裝在基板1001上，完成復 合白光LED的封裝。
[0044] 實施例1
[0045] S1、點涂熒光粉膠。本實施例采用粒徑為12μπι，發光波長為555nm的熒光粉顆粒，熒 光粉膠的膠體采用A/B組分熱固化型硅膠，固化溫度為150°C。所用芯片尺寸為0.5mmX 0.5mmX0.1mm。首先將O.lg焚光粉顆粒與0.5g A膠、0.5g B膠混合并攪拌均勾，再放入真空 箱中抽真空30分鐘；隨后將制備的熒光粉膠體點涂在所述LED上方，形成半徑為1.5mm的半 球形形貌;再放入烘箱中，150°C加熱1小時，使熒光粉膠體固化；
[0046] S2、制備量子點殼體。本實施例采用直徑為30mm的透光殼體，其材料為聚碳酸酯 (PC)，透光率為95%。量子點成分為CdSe/ZnS，發光波長為630nm。首先取2mL甲基丙烯酸甲 酯溶液與〇. Olg偶氮二異丁腈粉末混合后，加入3mg量子點，超聲震蕩10分鐘，隨后將混合溶 液在70 °C下水浴10分鐘，再從混合溶液中吸取20yL，注入開口朝上的透光殼體內表面，再放 入45°C的加熱箱中12小時使溶液固化;最終制備得到的量子點殼體中量子點薄膜的中間厚 度與邊緣厚度均約為0.9mm;
[0047] S3、復合白光LED的封裝。將S2所得到的量子點殼體安裝在基板上，完成復合白光 LED的封裝。其制備過程如圖2所示，得到的復合白光LED如圖1所示。
[0048] 實施例2
[0049] 以所述的相同步驟重復實施例1，區別在于，熒光粉采用平均粒徑為18um，發光波 長為540nm的熒光粉，量子點采用發光波長為630nm的CdSSe/ZnS量子點；將0.2g熒光粉顆粒 與0.5g A膠、0.5g B膠混合配制成熒光粉膠體，隨后將制備的熒光粉膠體點涂在所述LED上 方，形成底面半徑為1.5mm，高度為1.2mm的球缺形形貌;取2mL甲基丙稀酸甲酯溶液與0.Olg 偶氮二異丁腈粉末混合后，加入5mg量子點制備成混合溶液，取30yL混合溶液注入透光殼體 中，最終得到量子點殼體中量子點薄膜的中間厚度約為1.2mm，邊緣厚度約為0.9mm。得到的 復合白光LED如圖3所示。
[0050] 實施例3
[0051]以所述的相同步驟重復實施例1，區別在于，采用直徑為20mm的半球形透光殼體， 其材料為聚甲基丙烯酸甲酯，透光率為98 %。
[0052]熒光粉顆粒采用平均粒徑為15μπι，發光波長為580nm的熒光粉顆粒，熒光粉顆粒的 質量分數為20%。熒光粉膠形成底面半徑為1.0 mm，高度為0.8mm的球缺形形貌。
[0053]量子點采用發光波長為520nm的CuInS2/ZnS量子點，量子點顆粒在量子點薄膜中 的質量分數為1 %，量子點薄膜的中間厚度約為3mm，邊緣厚度約為1.5mm。
[0054] 實施例4
[0055]以所述的相同步驟重復實施例1，區別在于，采用直徑為25mm的半球形透光殼體， 其材料為玻璃，透光率為90 %。
[0056]熒光粉顆粒采用平均粒徑為16μπι，發光波長為650nm的熒光粉顆粒，熒光粉顆粒的 質量分數為30%。熒光粉膠形成底面半徑為1.2mm，高度為I .Omm的球缺形形貌。
[0057] 量子點采用發光波長為650nm的CsPbBr3/CdZnS量子點，量子點顆粒在量子點薄膜 中的質量分數為10%，量子點薄膜的中間厚度約為1.5mm，邊緣厚度約為0.9mm。
[0058] 實施例5
[0059] 以所述的相同步驟重復實施例1，區別在于，熒光粉顆粒采用平均粒徑為12μπι，發 光波長為500nm的熒光粉顆粒，熒光粉顆粒的質量分數為10%。熒光粉膠形成底面半徑為 1.2mm的半球形形貌。
[0060] 量子點采用發光波長為550nm的InP/CdS量子點，量子點顆粒在量子點薄膜中的質 量分數為5%，量子點薄膜的中間厚度和邊緣厚度均約為1.0mm。
[0061 ] 實施例6
[0062] 以所述的相同步驟重復實施例1，區別在于，熒光粉膠形成半徑為1.2mm的半球形 形貌;量子點薄膜的中間厚度約為1.2mm，邊緣厚度約為1.0mm。
[0063] 對比例1
[0064] 作為對比組，在實施例6得到的復合白光LED的熒光粉膠與量子點膠之間填滿封裝 膠（自固化型硅膠），將LED倒置，靜置兩小時使封裝膠固化，得到的復合白光LED，如圖4所 示，1001為基板、1002為LED芯片、1003為熒光粉膠體、1005為量子點薄膜、1006為透光殼體、 1008為封裝膠。
[0065] 測試實施例6(記為樣品1)和對比例1(記為樣品2)的復合白光LED的光學性能。
[0066] 測試設備為積分球(杭州遠方，ATA-500)，測試電流為20mA。測試結果如下：
[0067]表1兩組樣品的測試結果
[0070]從測試結果中可以看出，樣品1(本發明所使用的封裝結構）比樣品2(對比例所使 用的封裝結構)可以取得更高的出射光功率，并且相比樣品2,其光效提高了 12.66%。
[0071]分析原因，是由于本發明所使用的封裝結構中，在熒光粉膠與量子點膠之間有空 氣層，該空氣層可減少熒光粉與量子點對彼此光能量的相互吸收，從而減少吸收損失，提高 復合白光LED取光效率。從圖5所示的光譜分布對比中也可以顯著看出，樣品1的熒光粉發射 光譜和量子點發射光譜能量明顯高于樣品2。因此，本實驗結果證明，本發明所使用的封裝 結構確有利于白光LED取光效率的提高。
[0072]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神和范疇下，對上述實例進行修飾或改變。因此， 舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成 的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1. 一種復合白光LED，包括基板，LED芯片及透光殼體，所述LED芯片底部固定于所述基 板表面，所述基板上部套有透光殼體，其特征在于，在LED芯片上部覆蓋有熒光粉膠體，所述 透光殼體內表面附著有量子點薄膜，所述量子點薄膜與熒光粉膠體間為空氣間隙。2. 根據權利要求1所述的復合白光LED，其特征在于，所述量子點薄膜的厚度為0.05~ 3mm，所述量子點薄膜包括量子點顆粒和高分子基質。3. 根據權利要求2所述的復合白光LED，其特征在于，所述量子點顆粒在量子點薄膜中 的質量分數為0.1~10%，所述量子點顆粒的發光波長為450~700nm。4. 根據權利要求2所述的復合白光LED，其特征在于，所述量子點顆粒為核殼結構顆粒， 所述核殼結構顆粒的核層為硒化鎘、硫硒化鎘、磷化銦、銅銦硫、鈣鈦礦中的一種或多種，所 述核殼結構顆粒的殼層為硫化鋅、硫化鎘、硫鋅化鎘中的一種或多種;所述高分子基質為聚 甲基丙烯酸甲酯。5. 根據權利要求1所述的復合白光LED，其特征在于，所述量子點薄膜的邊緣厚度為中 心厚度的50~100%。6. 根據權利要求1所述的復合白光LED，其特征在于，所述透光殼體的材料為硅膠、聚甲 基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或玻璃;所述透光殼體的形狀為半球形或球缺形。7. 根據權利要求1所述的復合白光LED，其特征在于，所述熒光粉膠體的形貌為半球形 或球缺形，底面半徑為0.7~1.5mm，高度不超過底面半徑。8. 根據權利要求1所述的復合白光LED，其特征在于，所述熒光粉膠體包括熒光粉顆粒 和硅膠，所述熒光粉顆粒的質量分數為5~30%，所述熒光粉顆粒的發光波長為450~700nm。9. 根據權利要求1所述的復合白光LED，其特征在于，所述LED芯片為垂直電極芯片或水 平電極芯片，其襯底為藍寶石或硅。10. -種制備權利要求1~9任一項所述的復合白光LED的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 51、 點涂熒光粉膠:將熒光粉膠體點涂在所述LED芯片正上方，覆蓋LED芯片，形成半球 形或球缺形的形貌，再放入烘箱中，加熱，使熒光粉膠固化； 52、 制備量子點透光殼體:將甲基丙烯酸甲酯溶液與偶氮二異丁腈粉末混合后，加入量 子點，超聲震蕩，隨后將混合溶液加熱，吸取混合溶液注入透光殼體內表面，再放入加熱箱 中使溶液固化； 53、 復合白光LED的封裝:將S2所得到的透光殼體安裝在基板上，完成復合白光LED的封 裝。
【文檔編號】H01L33/50GK106058012SQ201610619622
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月27日
【發明人】安娜, 馬昊玥, 盧睿, 楊磊, 唐秀梅, 李春峰, 邊盾
【申請人】天津市中環量子科技有限公司