CN105990504A - 一种以uv胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光led及其制备方法与应用 - Google Patents

一种以uv胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光led及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于UV胶固化封装技术实现高稳定性量子点为荧光转换材料的白光LED及其制备方法与在LCD背光源的应用，目的是克服利用热固化产生量子点表面配体脱离和量子点聚集而导致量子点白光LED稳定性差的问题。本发明是将红、绿光量子点溶液与UV固化胶混合，通过搅拌、抽气过程使量子点在UV胶中分散均匀，然后将混有红、绿光量子点的胶水点胶在已经固晶和焊线的蓝光芯片支架中，再将支架移入氮气保护的UV固化炉中进行UV固化，调节红、绿光量子点溶液与UV固化胶水的质量比及点胶的量来实现量子点的红光、绿光与蓝光芯片的蓝光三者之间的均衡发光，并将制得的量子点白光LED应用于LCD的背光源，实现高色域的量子点背光技术。

Description

一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，特别涉及一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED及其制备方法与应用。
背景技术
目前主流平面显示器应用的液晶模组采用的是薄膜晶体管（TFT）技术，TFT属于非主动式发光显示，需要由白光背光模组提供均匀的***亮度，再透过彩色滤光片实现多样的色彩显示，而白光LED是TFT使用最广泛的背光源。白光LED主要通过GaN基蓝光芯片激发黄色YAG:Ce荧光粉发出黄光与剩余蓝光复合得到白光，因具有寿命长、使用电压低、尺寸小、集成度高、响应时间短（最低可达到1飞秒）、性能稳定可靠、无汞低碳环保等一系列优点，已代替冷阴极荧光灯（CCFL）成为TFT-LCD面板中的主流背光源。
但是这种LED背光模组由于荧光粉本身的缺点存在显色指数低、色域范围小的问题，其显示画面质量差已无法满足消费者对显示背光源的需求，高分辨率、高色域必将成为背光源发展的下一个强劲趋势。为此，科学研究者纷纷把目光投向新型的发光材料比如量子点。
量子点是一种三个维度尺寸都在100纳米以下的“准零维”纳米材料，由II-VI族或III-V族元素组成，常见的有CdSe、CdS、ZnS、CdTe等，具有溶液法制备、容易加工、荧光可调、量子产率高以及频谱宽度窄等突出特点。作为新型的发光材料，量子点材料发光波长可调、色纯度高，代替荧光粉能够有效改善白光LED背光源的色域，因此关于量子点的白光LED背光模组的研究受到研究院所和产业界的广泛关注。
近年来市面上推出的量子点显示屏就是把量子点玻璃光轨或量子点荧光增强薄膜放入背照灯与液晶面板之间，由于量子点的发光半峰宽很窄，通过纯蓝光源可激发量子点膜层中不同尺寸的量子点晶体，从而释放出光谱集中、颜色纯正的高质量红或绿单色光，并与剩余的纯蓝光投射到呈像***，效果超越荧光粉LED的发光特性，实现高色域和更逼真的图像色彩，然而这种技术存在的最大问题是成本高，良率低。
为了更快实现广色域的量子点白光LED，采用以蓝光GaN 基LED芯片作为基底，涂覆上红绿光量子点通过蓝光激发量子点发光得到白光LED是目前最经济有效的途径。然而由于量子点热稳定性差，受热表面容易发生氧化反应导致配体脱落而导致量子点无法均匀分散在固化胶中，因此有必要研究出一种制作工艺相对简单、有效提高量子点稳定性的量子点白光LED及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED及其制备方法与应用，具有包括制备成本低、器件稳定性好和制作简单在内的特点。
一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED制备方法，制备步骤如下：以红光量子点溶液和绿光量子点溶液与UV固化胶混合、抽气，然后将混合胶体点胶在固晶焊线的蓝光芯片支架中，将支架移入惰性气体保护的UV固化箱中进行UV固化形成量子点为荧光转换材料的白光LED。
进一步地，红光量子点溶液：UV固化胶=1~2mg/g，绿光量子点溶液：UV固化胶= 20~25mg/g。
进一步地，所述红光量子点溶液和绿光量子点溶液中，量子点为CdSe/ZnS核/壳层结构，表面连接油酸和硫醇作为配体，甲苯为有机溶剂，红光量子点溶液和绿光量子点溶液浓度分别都为15~30 mg/ml。
进一步地，所述蓝光芯片为GaN基蓝光芯片。
进一步地，所述UV固化胶为丙烯酸类树脂。
进一步地，通过调节红光量子点溶液和绿光量子点溶液与UV固化胶的质量比来调节红光量子点和绿光量子点的光致发光强度，光致发光强度随着质量比的增大而增大。
进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。
进一步地，得到所述白光LED色域范围超过100%。
由上述制备方法制得的以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED。
制得的以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED应用于LCD的背光源，背光应用方式为侧入式或直下式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和技术效果：
（1）本发明的方法采用紫外固化代替热固化进行量子点封装，避免了量子点过分受热而表面被氧化使配体脱落，量子点更好的分散在固化胶中而不发生团聚，提高了器件的稳定性，解决了量子点白光LED发光效率急剧下降的问题；
（2）本发明的方法相比于热固化方法固化时间大大缩短，减少能量消耗，降低制作成本；
（3）本发明的技术方案，以量子点为荧光转换材料封装广色域白光LED作显示器背光源，相比于量子点玻璃光轨作背光源的技术具有成本低，工艺简单，易于操作的优势，有利于大规模投入生产；
（4）本发明方法具有制作简单、成本低、环境友好、易于实现的优点。
附图说明
图1是实施例1中的UV固化得到的量子点白光LED封装结构截面图；
图2是实施例1中的UV固化和热固化得到的量子点白光LED的发射光谱图；
图3是实施例1中的室温(a)、热固化(b)和UV固化(c)后量子点薄膜的TEM图；
图4是实施例2中的UV固化和热固化得到的量子点白光LED的发射光谱图。
图中：1-红光量子点；2-绿光量子点；3-正极引脚；4-负极引脚；6-蓝光芯片；7-支架。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本发明所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED及其制备方法与应用作进一步详细描述。但本发明所要求的保护范围并不局限于实施例所涉及的范围。
实施例 1
UV固化法制备量子点白光LED：
（1）将50 ml的烧杯和玻璃棒用丙酮超声清洗干净后烘干备用；
（2）称取1.2g的UV固化胶（日本三健3036H固化胶，主要成分为丙烯酸类树脂）于烧杯中，使用移液枪移取940μL绿光CdSe量子点溶液（绿光CdSe量子点溶液浓度为30mg/ml）和68μL红光CdSe量子点溶液（红光CdSe量子点溶液浓度为30mg/ml）加入烧杯，用玻璃棒按顺时针方向进行搅拌均匀得到混合胶体；
（3）混合胶体置于真空干燥箱中抽气20分钟，然后将混合胶体点胶在蓝光芯片支架上，将芯片置于真空干燥箱中抽气10分钟后放入氮气保护的UV固化箱中固化5分钟。
（4）将固化完毕的量子点白光LED接入20 mA的电源驱动发光。
热固化法制备量子点白光LED：
（1）将50 ml的烧杯和玻璃棒用丙酮超声清洗干净后烘干备用；
（2）称取1.0g有机硅胶A胶和0.2g的有机硅胶B胶于烧杯中，用移液枪移取940μL绿光CdSe量子点溶液（绿光CdSe量子点溶液浓度为30mg/ml）和68μL红光CdSe量子点溶液（红光CdSe量子点溶液浓度为30mg/ml）加入烧杯，用玻璃棒按顺时针方向进行搅拌均匀得到混合胶体；
（3）将混合胶体置于真空干燥箱中抽气20分钟，然后将混合胶体点胶在蓝光芯片支架上，将芯片置于真空干燥箱中抽气10分钟后在100℃下加热1小时。
（4）将固化完毕的量子点白光LED接入20 mA的电源驱动发光。
图1本实施例中是UV固化得到的量子点白光LED封装结构截面图。
图2为本实施例中UV固化的红、绿光量子点为荧光转换材料的量子点白光LED发射光谱图（实线）和热固化的量子点白光LED的发光光谱（虚线）。
图3为本实施例中红、绿光量子点薄膜室温（a）、100℃热固化（b）和UV固化（c）处理后的TEM形貌，由图中可知UV固化处理有助于量子点分布均匀和减小聚集。
实施例 2
UV固化法制备量子点白光LED：
（1）将50 ml的烧杯和玻璃棒用丙酮超声清洗干净后烘干备用；
（2）称取1.2g的UV固化胶（日本三健3036H固化胶，主要成分为丙烯酸类树脂）于烧杯中，使用移液枪移取940μL绿光CdSe量子点溶液（绿光CdSe量子点溶液浓度为25mg/ml）和68μL红光CdSe量子点溶液（红光CdSe量子点溶液浓度为15mg/ml）加入烧杯，用玻璃棒按顺时针方向进行搅拌均匀得到混合胶体；
（3）混合胶体置于真空干燥箱中抽气20分钟，然后将混合胶体点胶在蓝光芯片支架上，将芯片置于真空干燥箱中抽气10分钟后放入氮气保护的UV固化箱中固化5分钟。
（4）将固化完毕的量子点白光LED接入20 mA的电源驱动发光。
热固化法制备量子点白光LED：
（1）将50 ml的烧杯和玻璃棒用丙酮超声清洗干净后烘干备用；
（2）称取1.0g的有机硅胶A胶和0.2g的有机硅胶B胶于烧杯中，用移液枪移取940μL绿光CdSe量子点溶液（绿光CdSe量子点溶液浓度为25mg/ml）和68μL红光CdSe量子点溶液（红光CdSe量子点溶液浓度为15mg/ml）加入烧杯，用玻璃棒按顺时针方向进行搅拌均匀得到混合胶体；
（3）将混合胶体置于真空干燥箱中抽气20分钟，然后将混合胶体点胶在蓝光芯片支架上，将芯片置于真空干燥箱中抽气10分钟后在100℃下加热1小时。
（4）将固化完毕的量子点白光LED接入20 mA的电源驱动发光。
图4本实施例中UV固化的红、绿光量子点为荧光转换材料的量子点白光LED发射光谱图（实线）和热固化的量子点白光LED的发光光谱（虚线）。
由上述分析知，本发明通过以红、绿光量子点为荧光转换材料，采用UV固化的方法制备量子点白光LED，避免高温固化使量子点表面配体脱离和量子点聚集，有效提高了量子点白光LED的发光效率和稳定性，通过计算知UV固化处理的量子点白光LED的色域值高达124%，从而实现广色域、低成本的白光LED背光源。此外，通过调节红光量子点和绿光量子点与封装胶水的质量比可以调节红光量子点与绿光量子点的发射强度，如实施例一和实施例二及相应白光LED的发射图谱（图2和图4）。

Claims (10)

1.一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：以红光量子点溶液和绿光量子点溶液与UV固化胶混合、抽气，然后将混合胶体点胶在固晶焊线的蓝光芯片支架中，将支架移入惰性气体保护的UV固化箱中进行UV固化，形成量子点为荧光转换材料的白光LED。
2.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：红光量子点溶液：UV固化胶=1~2mg/g，绿光量子点溶液：UV固化胶= 20~25mg/g。
3.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：所述红光量子点溶液和绿光量子点溶液中，量子点为CdSe/ZnS核/壳层结构，表面连接油酸和硫醇作为配体，甲苯为有机溶剂，红光量子点溶液和绿光量子点溶液的浓度分别都为15~30 mg/ml。
4.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：所述蓝光芯片为GaN基蓝光芯片。
5.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：所述UV固化胶的主体为丙烯酸类树脂。
6.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：通过调节红光量子点溶液和绿光量子点溶液与UV固化胶的质量比来调节红光量子点和绿光量子点的光致发光强度，光致发光强度随着质量比的增大而增大。
7.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气或氩气。
8.根据权利要求1所述的一种以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED的制备方法，其特征在于：得到所述白光LED色域范围超过100%。
9.由权利要求1~8任一项所述的制备方法制得的以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED。
10.权利要求9所述的以UV胶固化封装量子点为荧光转换材料的白光LED应用于LCD的背光源，背光应用方式为侧入式或直下式。
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