專利名稱：提高led燈發(fā)光效率的方法及其燈具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種LED燈具及其發(fā)光效率的提高方法，尤其是一種通過在 LED封裝熒光材料中摻入量子點材料的方法提高發(fā)光效率的方法及其燈具， 具體地說是一種提高LED燈發(fā)光效率的方法及其燈具。
背景技術：
直接使用藍色芯片激發(fā)YAG熒光粉發(fā)出白光的照明產品稱之為半導體 照明產品。白色LED照明產品與傳統(tǒng)的白熾燈相比可節(jié)電80。/。-90n/。；而壽命 可達8-10萬小時，是白熾燈的10倍以上，具有節(jié)能環(huán)保、發(fā)光體積小、可靠 性高且壽命長等顯著的優(yōu)點，是二十一世紀的最具競爭力的綠色光源產品。 隨著半導體技術的飛速發(fā)展，目前大功率LED照明技術已出現(xiàn)可以初步替代 各種傳統(tǒng)照明光源產品之趨勢，美日韓及歐洲等國家和地區(qū)均已將之列入國 家重點發(fā)展計劃，有針對性地進行研究和開發(fā)。路燈照明是除家庭照明市場 以外的第二大照明市場，但電能的消耗卻是最大的，所以如何將大功率LED 的各種優(yōu)點運用于該領域，從而大幅度降低使用及維護成本、延長壽命、節(jié) 約能源成為非常重要的課題。
...由于白光最接近日光,更能較好地反映照射物體的真實顏色，所以白光L ED作為照明光源極具潛力。1993年曰本日亞化學公司Nakamura.S等率先 在藍色氮化鎵(GaN)LED技術上取得突破，于1996年將發(fā)射黃光的 Y3A15012 : Ce3 + (YAG : Ce3 +)作為熒光粉,涂在發(fā)射藍光的GaN 二極 管上，制備出白光L ED ，并于1998年將其推向市場。2000年以來半導體LED照 明技術發(fā)展非常迅速，目前白光LED發(fā)光效率己經達到40-601m/W左右，在 一些特殊照明領域已經有非常廣泛的應用。此后，白光LED得到了迅速發(fā)展， 目前商用高效白光LED器件的光效已超過501m/W接近熒光燈的水平,而根 據最新的試驗預測，100Im/W以上的白光LED也在l年內實用化，比預期時間大大提前了。白光LED照明取代傳統(tǒng)照明成為照明的主要方式,將是大勢 所趨?？梢灶A見，高亮度的白光LED將取代白熾燈泡而廣泛用于各種場合。
目前白光LED的制備技術可分為3種:熒光粉涂敷光轉換法、多色LED 組合法和多量子阱法。熒光粉涂敷光轉換法,即采用熒光粉將紫光或藍光轉換 復合產生白光;多色LED組合法是由發(fā)射波長不同的藍、綠和紅等單色LED 組合發(fā)射復合白光;多量子阱法是在單一LED中進行摻雜，利用多量子阱活 化層直接制備發(fā)白光的二極管。
熒光粉涂敷的光轉換法是目前技術上最成熟的方法。以GalnN/YAG體系 為例,這種白光LED是在藍色GaN芯片的表面上涂釔鋁石榴石(YAG)熒光 粉后制成的。它利用GaN基藍光發(fā)光二極管所發(fā)出的460 470 nm的藍光
一部分用來激發(fā)熒光粉，使熒光粉發(fā)出黃綠色光,另一部分透過熒光粉發(fā)射出 來,熒光粉發(fā)出的黃綠色光與GaN基藍光發(fā)光二極管發(fā)光的透射部分混合形
成白光熒光粉的選擇有兩個必須滿足的條件,第一是熒光粉的激發(fā)光譜必須 與所選擇的發(fā)光二極管的發(fā)射光譜相匹配，這樣可以確保獲得更高的光轉換 效率;第二是熒光粉的發(fā)射光譜在紫外激發(fā)下能發(fā)出白光,或者在藍光激發(fā)下 與發(fā)光二極管發(fā)射出的藍光能夠復和形成白光。
目前國際上通常采用波長為350 470nm的GalnN基發(fā)光二極管作為 激發(fā)光源,因此要求熒光粉的激發(fā)譜也在此范圍之內。同時優(yōu)質熒光粉還應該 滿足以下特點:發(fā)射峰集中在某些合適的波長范圍內;有好的熱穩(wěn)定性;高量子 效率和激發(fā)光吸收率;粉末顆粒細小均勻。但是這些通常的熒光材料的尺度遠 大于納米量級。
自i996年日本日亞化學公司將YAG:Ce3+熒光粉涂敷于藍光GaN芯片組 裝成白光LED之后，YAG:Ce3+熒光粉得到廣泛的應用。不過，采用傳統(tǒng)固相 反應法合成的YAG:Ce3+熒光粉存在制備溫度高、發(fā)光強度尚待提高、組裝 成白光LED顯色指數較低等問題，因此，近年來依然有大量關于YAGxe3十 熒光粉制備技術和性能改善方面的研究。另一方面，雖然不斷有用于白光 LED的熒光粉(藍光激發(fā)的或是紫外一近紫外激發(fā)的)的研究和報道，某些熒 光粉在部分性能上也超過了YAG:Ce3+，但大都還處于在研發(fā)階段，投入實際應用的不多。YAG:Ce3十熒光粉仍有其獨特的技術、成本和性能優(yōu)勢。
目前開發(fā)的白光LED的主要技術中，通過藍光LED芯片上涂敷黃色熒光 粉是最為成熟的技術，具有涂敷工藝簡單、藍光LED芯片及黃色熒光粉制備 較為成熟、YAG:Ce3+熒光粉的激發(fā)光譜與InGaN或GaN藍光芯片發(fā)光光譜很 匹配、發(fā)光效率高、性能穩(wěn)定、具有優(yōu)良的導熱性和機械強度以及良好的物 理化學性質等優(yōu)點，因此是目前因內外制造白光LED最為成熟的方法。
YAG:Ce3+熒光粉經過近十幾年的研發(fā)，性能已經基本滿足商品化要求。 針對高端需求方面應用的YAG:C擴+熒光粉，現(xiàn)在主要的研究方向
(l)合成工藝的優(yōu)化。由于傳統(tǒng)的固相反應法合成溫度很高(需要140(TC以 上)，反應過程要經歷很多中間相，導致晶粒粗化，發(fā)光效率不高。對固相反 應進行一些改進，可使顆粒團聚減少，合成溫度降低。中國臺灣的Tsai等在 固相反應前將原料在pH-l時進行老化，120(TC鍛燒1小時即能得到YAG純相， 并且發(fā)光強度也得到提高。
現(xiàn)在普遍采用各種濕化學方法合成納米YAG:Ce3+熒光粉，希望提高其 發(fā)光性能、降低燒結溫度。由于納米粉體的表面積相對較大，粉體表面能較 高，使材料燒結動力增加，從而使燒結溫度降低，此外單純從處于表面的發(fā) 光離子總量考慮，也有利于提高熒光粉的發(fā)光強度。我國的chen等[53]用共 沉淀法850'C鍛燒得到純YAG相的YAG:ce3+納米粉體，平均粒徑在40Inn左 右。另外通過表面修飾手段，也是一種提高YAG:ce3+熒光粉的發(fā)光性能的重 要方法。Kasuya等用PEG(ethylene glycol),通過醇熱反應制備出表面修飾的 YAGxe3+納米熒光粉，修飾后的發(fā)光效率比未進行表面修飾制備出 YAG:Ce3+熒光粉的發(fā)光原子效率提高近16。/。。 Asakum等用擰檬酸作表面修 飾，用醇熱熱反應制備出YAG:Ce3+納米熒光粉體，顆粒粒徑減小到4111n，發(fā) 光的原子效率也提高將近20%。
(2撥光顯色指數的改善。藍光LED芯片激發(fā)YAG:Ce3+熒光粉發(fā)出黃光， 藍光與黃光混合成白光，由這種方法組裝成的白光LED缺少紅光部分，顯色 指數偏低，因此通過特定方法改變YAG:Ce3+熒光粉在藍光激發(fā)下的顏色組 成，來提高顯色指數，也是一個重要的研究方向。量子點(quantum dot)是準零維(quasi-zero-dimensional)的納米材料，由少 量的原子所構成。粗略地說，量子點三個維度的尺寸都在lOO納米(nm)以下， 外觀恰似一極小的點狀物，其內部電子在各方向上的運動都受到局限，所以 量子局限效應(quantum confinement effect)特別顯著。由于量子局限效應會導 致類似原子的不連續(xù)電子能階結構，因此量子點又被稱為「人造原子」 (artificial atom)?？茖W家己經發(fā)明許多不同的方法來制造量子點，并預期這種 納米材料在二十一世紀的納米電子學(nanoelectronics)上有極大的應用潛力。
量子點(QuantumDot)是在把導帶電子、價帶空穴及激子在三個空間 方向上束縛住的半導體納米結構。這種約束可以歸結于靜電勢(由外部的電 極，摻雜，應變，雜質產生)，兩種不同半導體材料的界面(例如在自組量 子點中)，半導體的表面(例如半導體納米晶體)，或者以上三者的結合。 量子點具有分離的量子化的能譜。所對應的波函數在空間上位于量子點中， 但延伸于數個晶格周期中。 一個量子點具有少量的(1-100個)整數個的電 子、空穴或空穴電子對，即其所帶的電量是元電荷的整數倍。
小的量子點，例如膠狀半導體納米晶，可以小到只有2到10個納米，這相當 于10到50個原子的直徑的尺寸,在一個量子點體積中可以包含100到100,000 個這樣的原子.自組裝量子點的典型尺寸在10到50納米之間。通過光刻成型 的門電極或者刻蝕半導體異質結中的二維電子氣形成的量子點橫向尺寸可 以超過100納米。將l.O納米尺寸的三百萬個量子點首尾相接排列起來可以 達到人類拇指的寬度。
量子點，又可稱為納米晶，是一種由n—vi族或m—v族元素組成的納米
顆粒。量子點的粒徑一般介于l 10nm之間，由于電子和空穴被量子限域， 連續(xù)的能帶結構變成具有分子特性的分立能級結構，受激后可以發(fā)射熒光。 基于量子效應，量子點在太陽能電池，發(fā)光器件，光學生物標記等領域具有 廣泛的應用前景。 為了增強LED的發(fā)光強度，通常釆用熒光材料增加出射光的強度。提高 LED發(fā)光效率。熒光粉的選擇通常滿足一定的波長。根據我們的調研和檢索， 采用量子點材料的應用開發(fā)不多。Sandia國家實驗室是世界上第一個采用量 子點白光技術獲得白光照明的研究單位。與傳統(tǒng)的熒光粉不同，量子點技術通過改變量子點的尺寸調節(jié)發(fā)光的顏色。該技術的困難在于，把量子點從有 機溶劑中用環(huán)氧樹脂包裹，方法不當會引起光效下降。
為了提高LED顏色特定波譜，本發(fā)明結合量子點特定波譜特點，在熒光 材料摻入量子點，可以獲得可變波長或者特定波長的顏色。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的LED燈發(fā)光效率難以提高的問題，發(fā)明一種 提高LED.燈發(fā)光效率的方法，同時提供一種相應的LED燈。 本發(fā)明的技術方案之一是
通過向LED熒光粉中增加油溶性CdSe/ZnS量子點材料，攪拌均勻后進 行封裝，加入量為了 (1 10) /10000。 本發(fā)明的技術方案之二是
通過在LED燈罩內表面涂覆一層厚度為100納米 10微米的CdS/ZnS 量子點材料。
本發(fā)明的技術方案之三是-
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點3、封裝膠4、透明罩5， 其特征是所述的量子點3散置于封裝膠4中，封裝膠4位于燈罩2中，透明 罩5罩裝在燈罩2的上部，LED顆粒1通過封裝膠4定位在燈罩2的中心位 置處。
本發(fā)明的技術方案之四是
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點3、封裝膠4、透明罩5， 其特征是所述的封裝膠4位于燈罩2中，透明罩5罩裝在燈罩2的上部，LED 顆粒1通過封裝膠4定位在燈罩2的中心位置處，所述的透明罩5的內表面 上涂覆有含有量子點3的透明涂層，所述的量子點為CdS/ZnS量子點材料。
本發(fā)明的技術方案之五是-
通過對熒光粉進行粒度進行調節(jié)，選擇與量子點尺度接近的熒光粉材料， 然后將兩種材料進行混合，釆用均勻成膜方法在LED器件表面涂敷100納 米 10微米量子點與熒光材料的混合膜。
本發(fā)明的有益效果是
通過添加量子點材料，在熒光粉中的量子點材料例如CdSe、 CdS等在LED 激發(fā)作用下，發(fā)出特定波長的光，通過這種方法可以減少LED的顆粒數量從而獲得全光譜的顏色。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖之一。
圖2是本發(fā)明的結構示意圖之二。
圖中1是LED顆粒，2是燈罩，3是量子點，4是封裝膠，5是透明罩， 6、 7、 8是光線。
具體實施例方式
下面附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 實施例一。
通過向LED熒光粉中增加CdSe/ZnS量子點材料，攪拌均勻后進行封裝， 加入量為了 (H0) /10000。 實施例二。
本發(fā)明的技術方案之二是
通過在LED燈罩內表面涂覆一層厚度為100納米 1(X)微米的CdS/ZnS 量子點材料。 實施例三。 如圖1所示。
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點3、封裝膠4、透明罩5， 其特征是所述的量子點3散置于封裝膠4中，封裝膠4位于燈罩2中，透明 罩5罩裝在燈罩2的上部，LED顆粒1通過封裝膠4定位在燈罩2的中心位 置處，所述的量子點為CdS或ZnS量子點材料。 ，
實施例四。
如圖2所示。
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點3、封裝膠4、透明罩5， 其特征是所述的封裝膠4位于燈罩2中，透明罩5罩裝在燈罩2的上部，LED 顆粒1通過封裝膠4定位在燈罩2的中心位置處，所述的透明罩5的內表面 上涂覆有含有量子點3的透明涂層，所述的量子點為CdS或ZnS量子點材料。 本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求
1、一種提高LED燈發(fā)光效率的方法，其特征是通過向LED熒光粉中增加CdSe/ZnS量子點材料，攪拌均勻后進行封裝，加入量為了(1～10)/10000。
2、 一種提高LED燈發(fā)光效率的方法，其特征是通過在LED燈罩內表面 涂覆一層厚度為100納米-100微米的CdS/ZnS量子點材料。
3、 一種高發(fā)光率LED燈，包括LED顆粒(1)、燈罩(2)、量子點(3)、 封裝膠(4)、透明罩(5)，其特征是所述的量子點(3)散置于封裝膠(4) 中，封裝膠(4)位于燈罩(2)中，透明罩(5)罩裝在燈罩(2)上，LED 顆粒(1)通過封裝膠(4)定位在燈罩(2)中，所述的量子點為CdS/ZnS 量子點材料。
4、 一種高發(fā)光率LED燈，包括LED顆粒(1)、燈罩(2)、量子點(3)、 封裝膠(4)、透明罩(5)，其特征是所述的封裝膠(4)位于燈罩(2)中， 透明罩(5)罩裝在燈罩(2)上，LED顆粒(1)通過封裝膠(4)定位在燈 罩(2)中，所述的透明罩(5)的內表面上涂覆有含有量子點(3)的透明涂 層，所述的量子點為CdS/ZnS量子點材料。
全文摘要
一種提高LED燈發(fā)光效率的方法及燈具，其特征是通過向LED熒光粉中增加CdSe/ZnS量子點材料，攪拌均勻后進行封裝，加入量為了(1～10)/10000，或者是通過在LED燈罩內表面涂覆一層厚度為100納米-100微米的CdS/ZnS量子點材料而得到包括LED顆粒(1)、燈罩(2)、量子點(3)、封裝膠(4)、透明罩(5)，量子點(3)散置于封裝膠(4)中或涂履在透明罩(5)的內表面上，封裝膠(4)位于燈罩(2)中，透明罩(5)罩裝在燈罩(2)上，LED顆粒(1)通過封裝膠(4)定位在燈罩(2)中，所述的量子點為CdS/ZnS量子點材料。本發(fā)明可以減少LED的顆粒從而獲得全光譜的顏色。
文檔編號F21V9/00GK101644416SQ20091003308
公開日2010年2月10日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者朱紀軍, 樊世才, 洪思忠 申請人:江蘇名家匯電器有限公司