基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光led及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED及制備方法。基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED，將鈣鈦礦量子點(diǎn)嵌入二氧化硅基質(zhì)中，并結(jié)合藍(lán)光LED芯片發(fā)出白光，采用3?氨基丙基三乙氧基硅烷水解形成二氧化硅基質(zhì)，再由二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn),獲得空氣中穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn),將制備的二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光和綠光量子點(diǎn)熒光粉作為發(fā)光層，藍(lán)光LED芯片作為激發(fā)光源，利用藍(lán)、紅、綠三原色匹配發(fā)出白光，獲得基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED。本發(fā)明提出將鈣鈦礦量子點(diǎn)嵌入由APTES水解形成的二氧化硅基質(zhì)中，使獲得的二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)在空氣中可以保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性并具有高的熒光量子產(chǎn)率。
【專利說(shuō)明】
基于二氧化娃包覆鑰鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，涉及一種新型量子點(diǎn)發(fā)光二極管的制備，尤其涉及一種基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，發(fā)光二極管(Light-Emitting D1de，LED)光源因其具有使用低壓電源、適用性強(qiáng)、多色發(fā)光等優(yōu)點(diǎn)，使之成為一種高光效、長(zhǎng)壽命照明器件，并在照明領(lǐng)域占據(jù)重要地位。其中白色發(fā)光二極管由于功耗低，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間快，和緊湊的尺寸的特點(diǎn)，在照明領(lǐng)域的前景備受矚目。近幾年，量子點(diǎn)(Quantum Dot，QD)由于其高量子產(chǎn)率，窄發(fā)射帶寬，寬光譜范圍的可調(diào)發(fā)射波長(zhǎng)等優(yōu)異的光學(xué)性能，作為熒光粉家庭中的一員被引入白色發(fā)光二極管技術(shù)中。量子點(diǎn)熒光粉也由于其發(fā)光顏色純度好，易于獲得不同顏色發(fā)光和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其具備了替代傳統(tǒng)熒光粉的潛質(zhì)。
[0003]目前，白光LED制備技術(shù)中常見(jiàn)的是量子點(diǎn)熒光粉結(jié)合藍(lán)光LED芯片混合發(fā)光。最近，鹵化物I丐鈦礦量子點(diǎn)材料由于其光致發(fā)光(Photoluminescence，PL)效率高，色純度高，帶隙可調(diào)等特點(diǎn)，吸引了研究人員的關(guān)注。然而，目前技術(shù)制備的鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定性較差，阻礙了其在白光LED中的應(yīng)用。因此，如何保證鈣鈦礦量子點(diǎn)在空氣中保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定，成為急需解決的難題。
[0004]因此，為解決白光LED應(yīng)用中鈣鈦礦量子點(diǎn)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新型結(jié)構(gòu)的白光LED，采用3-氨基丙基三乙氧基娃燒(3-Aminopropyltriethoxysilane，APTES)水解形成二氧化硅基質(zhì)，再由二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)，獲得空氣中穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn)。二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉與藍(lán)光LED芯片結(jié)合制備白光LED，有效地改善其穩(wěn)定性。經(jīng)查找，這種采用二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉制備白光LED，提高其穩(wěn)定性的方法，未見(jiàn)公開報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鈣鈦礦量子點(diǎn)白光LED穩(wěn)定差的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉制備白光LED的方法，可以有效地提高其穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明是采用以下方案實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下:
[0007]基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED，所述穩(wěn)定白光LED包括:驅(qū)動(dòng)電路1、襯底2、電極3、金線4、藍(lán)光LED芯片5、PVC板(Polyvinyl Chloride，聚氯乙烯)6、透明石英玻璃7、二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光和綠光混合量子點(diǎn)熒光粉層8、環(huán)氧樹脂膠9和取光透鏡10，基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED，將鈣鈦礦量子點(diǎn)嵌入二氧化硅基質(zhì)中，并結(jié)合藍(lán)光LED芯片發(fā)出白光，采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷水解形成二氧化硅基質(zhì)，再由二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)，獲得空氣中穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn)，將制備的二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光和綠光量子點(diǎn)熒光粉作為發(fā)光層，藍(lán)光LED芯片作為激發(fā)光源，利用藍(lán)、紅、綠三原色匹配發(fā)出白光，獲得基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED。
[0008]用于上述的基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED的制備方法，具體步驟如下:
[0009]第一步、選取藍(lán)光LED芯片5，并進(jìn)行超聲和紫外線處理；
[0010]第二步、分別制備二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)和二氧化硅包覆的鈣鈦礦綠光量子點(diǎn)；
[0011 ]第三步、將二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)和二氧化硅包覆的鈣鈦礦綠光量子點(diǎn)溶解在特定的溶劑中，并按照一定比例混合，再將兩種二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)混合溶液滴涂在透明石英玻璃中心，在室溫下固化30分鐘；
[0012]第四步、在藍(lán)光LED芯片兩端固定厚度為Imm的PVC板6，然后將沉積二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的玻璃置于PVC板6上方，這使藍(lán)光LED發(fā)光芯片和透明石英玻璃之間有Imm的空氣間隙，減小藍(lán)光LED發(fā)光芯片產(chǎn)生的熱量對(duì)二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的影響；
[0013]第五步、將以上制備物放在襯底上2，并在襯底上固定兩個(gè)電極3，再通過(guò)金線4與藍(lán)光LED芯片相連接；
[0014]第六步、填充環(huán)氧樹脂膠9，使電極、藍(lán)光LED芯片等覆蓋在襯底之上，并將取光透鏡10置于環(huán)氧樹脂膠外層；
[0015]第七步、將以上步驟制備的LED外接驅(qū)動(dòng)電路I，完成二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉白光LED的制備。
[0016]本發(fā)明中，鈣鈦礦量子點(diǎn)嵌入在二氧化硅基質(zhì)中，不僅能保護(hù)量子點(diǎn)免受水分的侵蝕，改善其穩(wěn)定性差的問(wèn)題，而且還能使它們?cè)诨旌虾竺馐荜庪x子交換反應(yīng)的影響。同時(shí)，其可以被研磨成微米級(jí)粉體仍不失熒光性質(zhì)。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1、本發(fā)明的基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED及制備方法，提出將鈣鈦礦量子點(diǎn)嵌入由APTES水解形成的二氧化硅基質(zhì)中，使獲得的二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)在空氣中可以保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定性；
[0019]2、本發(fā)明的基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED及制備方法，所提出的二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)具有高的熒光量子產(chǎn)率。
[0020]3、本發(fā)明中采用二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)制備的白光LED具有高的發(fā)光效率和良好的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1本發(fā)明中白光LED的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2本發(fā)明中白光LED的制備流程圖；
[0023]圖3本發(fā)明中水解合成法制備的二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的步驟；
[0024]圖4本發(fā)明紅光鈣鈦礦量子點(diǎn)(a)、綠光鈣鈦礦量子點(diǎn)(b)、二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)(C)和二氧化硅包覆的鈣鈦礦綠光量子點(diǎn)(d)的電子透射電鏡(TEM)圖；
[0025]圖5本發(fā)明中二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)熒光粉的量子產(chǎn)率穩(wěn)定性曲線；
[0026]圖6本發(fā)明中(a)紅光和綠光鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液的吸收(虛線)和光致發(fā)光光譜(實(shí)線)；(b)紅光和綠光二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的吸收(虛線)和光致發(fā)光光譜(實(shí)心線)。
[0027]圖7本發(fā)明中白光LED在不同工作時(shí)間間隔的發(fā)光光譜曲線；
[0028]圖8本發(fā)明中白光LED的轉(zhuǎn)換效率隨工作電流的曲線；
[0029]圖9本發(fā)明中二氧化硅包覆鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)和鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)在紫外光下、6天中的熒光發(fā)光圖片的對(duì)比圖；
[0030]圖10本發(fā)明中不同工作電流下的白光LED的發(fā)光光譜圖。
[0031]圖1中:1.驅(qū)動(dòng)電路，2.襯底，3.電極，4.金線，5.藍(lán)光LED芯片，6.PVC板，7.透明石英玻璃，8.紅光和綠光二氧化硅包覆鈣鈦礦混合量子點(diǎn)熒光粉層，9.環(huán)氧樹脂膠，10.取光透鏡。
[0032]圖6中(a)中A1C1代表綠光鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液，B1D1代表紅光鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液；(b)中A2C2代表綠光二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉，B2D2代表紅光二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉。
[0033]圖7中各部分代表的不同時(shí)間間隔分別是:I為O分鐘，2為5分鐘，3為10分鐘，4為30分鐘，5為I小時(shí)，6為3小時(shí)，7為10小時(shí)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明所述的基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED的制備實(shí)施過(guò)程及測(cè)試結(jié)果，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0035]具體實(shí)施例
[0036]本發(fā)明采用發(fā)光峰值波長(zhǎng)分別在522nm和624nm的綠光二氧化硅包覆鈣鈦礦CsPbBr3量子點(diǎn)熒光粉和紅光二氧化硅包覆鈣鈦礦CsPb(BrA)3量子點(diǎn)熒光粉，二者混合后作為熒光層，藍(lán)光LED芯片作為激發(fā)光源，獲得穩(wěn)定的白光LED。
[0037]1、基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)白光LED的制備方案如下
[0038]化學(xué)材料:碳酸銫(99.9%)，油酸(90%，0A)，3_氨基丙基三乙氧基硅烷(98%，APTES)，十八烯(90%，0DE)，PbBr2(99.0%)，正己烷(99.5%)和甲苯(99.5%)，聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)，PMMA)。
[0039]第一步、選取氮化鎵藍(lán)光LED芯片4，并進(jìn)行超聲和紫外線處理；
[0040]第二步、分別制備發(fā)光峰值波長(zhǎng)522nm的綠光二氧化硅包覆鈣鈦礦CsPbBr3量子點(diǎn)熒光粉和發(fā)光峰值波長(zhǎng)624nm的紅光二氧化硅包覆鈣鈦礦CsPb(BrA)3量子點(diǎn)熒光粉；
[0041 ] 銫油酸酯的制備:將0.8g碳酸銫Cs2C03、2.5mL OA和30mL ODE添加到10mL三頸圓底燒瓶中，真空下脫氣10分鐘，并加熱至120°C;在氮?dú)猸h(huán)境中將反應(yīng)溶液加熱到150°C，保持2小時(shí)，直至溶液澄清。
[0042]二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的制備:參閱圖3，將1mL ODE和0.376mmolPbX2(綠色量子點(diǎn):0.138g PbBr2;紅色量子點(diǎn):0.115g Pbl2,0.052g PbBr2)裝入50毫升的三頸圓底燒瓶中，在真空環(huán)境下脫氣10分鐘，在120°C干燥I小時(shí)。然后，將該瓶置于氮?dú)猸h(huán)境，將50yL OA(紅量子點(diǎn):70yL)和ImL APTES緩慢注入到反應(yīng)瓶。當(dāng)溶液變得清晰時(shí)，將溫度升高到140°C，迅速注入0.8mL的銫油酸溶液(注射前預(yù)熱到100°C)。注入5秒后，用冰水浴將反應(yīng)溶液冷卻至室溫。然后，反應(yīng)溶液在空氣中攪拌3小時(shí)和進(jìn)行水解(紅量子點(diǎn):在600C的溫度下攪拌I小時(shí))，通過(guò)硅烷化形成硅膠基質(zhì)。將制備的二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)以5000rpm離心10分鐘，再用正己烷洗滌兩次，然后將沉淀物在真空干燥器中干燥24小時(shí)。將干燥后的固體干塊通過(guò)瑪瑙研缽研磨，獲得二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉。
[0043]第三步、將以上制備的綠光和紅光二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉按質(zhì)量比4:1混合，然后將粉末分散在透明的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/甲苯溶液(10wt%)中。將混合物振蕩2分鐘，滴涂在透明石英玻璃的中心，然后在室溫下固化30分鐘；
[0044]第四步、在氮化鎵藍(lán)光LED芯片兩端固定厚度為Imm的PVC板，，在PVC板上方固定沉積二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的石英玻璃片；
[0045]第五步、將以上制備物放在襯底2上，在襯底上固定兩個(gè)電極3，并通過(guò)金線4與氮化鎵藍(lán)光LED芯片相連接；
[0046]第六步、填充環(huán)氧樹脂膠9，使電極、氮化鎵藍(lán)光LED芯片等覆蓋在襯底之上，并將取光透鏡10置于環(huán)氧樹脂膠外層；
[0047]第七步、將以上步驟制備的LED外接驅(qū)動(dòng)電路，完成二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉白光LED的制備。
[0048]2、試驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果
[0049](I)為了比較鈣鈦礦量子點(diǎn)與二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定性，本發(fā)明進(jìn)行了以下測(cè)試:將紅光鈣鈦礦CsPb(Br/I)3量子點(diǎn)和二氧化硅包覆鈣鈦礦CsPb(BrA)3量子點(diǎn)沉積在兩個(gè)石英玻璃上，二者均放置在空氣中，參閱圖9，在室溫下觀察，隨著時(shí)間的推移，鈣鈦礦量子點(diǎn)沉積層的熒光逐漸消失，而二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)沉積層的熒光幾乎不變。測(cè)試表明，二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)率非常穩(wěn)定，如圖5所示。因此，本發(fā)明中采用的二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)在空氣中具有良好的穩(wěn)定性。
[0050](2)本發(fā)明所制備的二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)白光LED的性能測(cè)試數(shù)據(jù)參閱圖
7、圖8和圖10。圖7是工作電流為20mA時(shí)、不同點(diǎn)亮?xí)r間的白光LED的發(fā)光光譜曲線，在10小時(shí)后，白光LED沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的降解，顯示出良好的發(fā)光穩(wěn)定性。圖8是不同工作電流條件下、白光LED的功率轉(zhuǎn)換效率曲線，在20mA工作電流下，其最高的功率轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到61.2流明/瓦。圖10是不同工作電流條件下、白光LED的發(fā)光光譜曲線，顯示出隨著工作電流的增加，各個(gè)光譜成分幾乎是比例的增加。這些測(cè)試數(shù)據(jù)表明，二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉白光LED具有良好的發(fā)光性能和穩(wěn)定性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED，其特征在于: 所述穩(wěn)定白光LED包括:驅(qū)動(dòng)電路(I)、襯底(2)、電極(3)、金線(4)、藍(lán)光LED芯片(5)、PVC板(6)、透明石英玻璃(7)、二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光和綠光混合量子點(diǎn)熒光粉層(8)、環(huán)氧樹脂膠(9)和取光透鏡(10)，基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED，將鈣鈦礦量子點(diǎn)嵌入二氧化硅基質(zhì)中，并結(jié)合藍(lán)光LED芯片發(fā)出白光，采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷水解形成二氧化硅基質(zhì)，再由二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)，獲得空氣中穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn)，將制備的二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光和綠光量子點(diǎn)熒光粉作為發(fā)光層，藍(lán)光LED芯片作為激發(fā)光源，利用藍(lán)、紅、綠三原色匹配發(fā)出白光，獲得基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED。2.—種用于權(quán)利要求1所述的基于二氧化硅包覆鈣鈦礦量子點(diǎn)的穩(wěn)定白光LED的制備方法，具體步驟如下: 第一步、選取藍(lán)光LED芯片(5)，并進(jìn)行超聲和紫外線處理； 第二步、分別制備二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)和二氧化硅包覆的鈣鈦礦綠光量子點(diǎn)； 第三步、將二氧化硅包覆的鈣鈦礦紅光量子點(diǎn)和二氧化硅包覆的鈣鈦礦綠光量子點(diǎn)溶解在特定的溶劑中，并按照一定比例混合，再將兩種二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)混合溶液滴涂在透明石英玻璃中心，在室溫下固化30分鐘； 第四步、在藍(lán)光LED芯片兩端固定厚度為Imm的PVC板(6)，然后將沉積二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的玻璃置于PVC板(6)上方，這使藍(lán)光LED發(fā)光芯片和透明石英玻璃之間有Imm的空氣間隙，減小藍(lán)光LED發(fā)光芯片產(chǎn)生的熱量對(duì)二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉的影響； 第五步、將以上制備物放在襯底上(2)，并在襯底上固定兩個(gè)電極(3)，再通過(guò)金線(4)與藍(lán)光LED芯片相連接； 第六步、填充環(huán)氧樹脂膠(9)，使電極、藍(lán)光LED芯片等覆蓋在襯底之上，并將取光透鏡(10)置于環(huán)氧樹脂膠外層； 第七步、將以上步驟制備的LED外接驅(qū)動(dòng)電路(I)，完成二氧化硅包覆的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光粉白光LED的制備。
【文檔編號(hào)】H01L33/48GK106025042SQ201610585533
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日
【發(fā)明人】張宇, 陳真, 孫春, 于偉泳, 張鐵強(qiáng)
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)