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(shù)領(lǐng)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(diǎn)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(shù)：
直接使用藍(lán)色芯片激發(fā)YAG熒光粉發(fā)出白光的照明產(chǎn)品稱之為半導(dǎo)體 照明產(chǎn)品。白色LED照明產(chǎn)品與傳統(tǒng)的白熾燈相比可節(jié)電80。/。-90n/。；而壽命 可達(dá)8-10萬小時(shí)，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(diǎn)，是二十一世紀(jì)的最具競(jìng)爭力的綠色光源產(chǎn)品。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，目前大功率LED照明技術(shù)已出現(xiàn)可以初步替代 各種傳統(tǒng)照明光源產(chǎn)品之趨勢(shì)，美日韓及歐洲等國家和地區(qū)均已將之列入國 家重點(diǎn)發(fā)展計(jì)劃，有針對(duì)性地進(jìn)行研究和開發(fā)。路燈照明是除家庭照明市場(chǎng) 以外的第二大照明市場(chǎng)，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(diǎn)運(yùn)用于該領(lǐng)域，從而大幅度降低使用及維護(hù)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(shí)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(xué)公司Nakamura.S等率先 在藍(lán)色氮化鎵(GaN)LED技術(shù)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(lán)光的GaN 二極 管上，制備出白光L ED ，并于1998年將其推向市場(chǎng)。2000年以來半導(dǎo)體LED照 明技術(shù)發(fā)展非常迅速，目前白光LED發(fā)光效率己經(jīng)達(dá)到40-601m/W左右，在 一些特殊照明領(lǐng)域已經(jīng)有非常廣泛的應(yīng)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(jù)最新的試驗(yàn)預(yù)測(cè)，100Im/W以上的白光LED也在l年內(nèi)實(shí)用化，比預(yù)期時(shí)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(shì) 所趨。可以預(yù)見，高亮度的白光LED將取代白熾燈泡而廣泛用于各種場(chǎng)合。
目前白光LED的制備技術(shù)可分為3種:熒光粉涂敷光轉(zhuǎn)換法、多色LED 組合法和多量子阱法。熒光粉涂敷光轉(zhuǎn)換法,即采用熒光粉將紫光或藍(lán)光轉(zhuǎn)換 復(fù)合產(chǎn)生白光;多色LED組合法是由發(fā)射波長不同的藍(lán)、綠和紅等單色LED 組合發(fā)射復(fù)合白光;多量子阱法是在單一LED中進(jìn)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(zhuǎn)換法是目前技術(shù)上最成熟的方法。以GalnN/YAG體系 為例,這種白光LED是在藍(lán)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(lán)光發(fā)光二極管所發(fā)出的460 470 nm的藍(lán)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(lán)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(gè)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(zhuǎn)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(lán)光激發(fā)下 與發(fā)光二極管發(fā)射出的藍(lán)光能夠復(fù)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(nèi)。同時(shí)優(yōu)質(zhì)熒光粉還應(yīng)該 滿足以下特點(diǎn):發(fā)射峰集中在某些合適的波長范圍內(nèi);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(xì)小均勻。但是這些通常的熒光材料的尺度遠(yuǎn) 大于納米量級(jí)。
自i996年日本日亞化學(xué)公司將YAG:Ce3+熒光粉涂敷于藍(lán)光GaN芯片組 裝成白光LED之后，YAG:Ce3+熒光粉得到廣泛的應(yīng)用。不過，采用傳統(tǒng)固相 反應(yīng)法合成的YAG:Ce3+熒光粉存在制備溫度高、發(fā)光強(qiáng)度尚待提高、組裝 成白光LED顯色指數(shù)較低等問題，因此，近年來依然有大量關(guān)于YAGxe3十 熒光粉制備技術(shù)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(lán)光激發(fā)的或是紫外一近紫外激發(fā)的)的研究和報(bào)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(shí)際應(yīng)用的不多。YAG:Ce3十熒光粉仍有其獨(dú)特的技術(shù)、成本和性能優(yōu)勢(shì)。
目前開發(fā)的白光LED的主要技術(shù)中，通過藍(lán)光LED芯片上涂敷黃色熒光 粉是最為成熟的技術(shù)，具有涂敷工藝簡單、藍(lán)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(lán)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(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度以及良好的物 理化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，因此是目前因內(nèi)外制造白光LED最為成熟的方法。
YAG:Ce3+熒光粉經(jīng)過近十幾年的研發(fā)，性能已經(jīng)基本滿足商品化要求。 針對(duì)高端需求方面應(yīng)用的YAG:C擴(kuò)+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(yīng)法合成溫度很高(需要140(TC以 上)，反應(yīng)過程要經(jīng)歷很多中間相，導(dǎo)致晶粒粗化，發(fā)光效率不高。對(duì)固相反 應(yīng)進(jìn)行一些改進(jìn)，可使顆粒團(tuán)聚減少，合成溫度降低。中國臺(tái)灣的Tsai等在 固相反應(yīng)前將原料在pH-l時(shí)進(jìn)行老化，120(TC鍛燒1小時(shí)即能得到Y(jié)AG純相， 并且發(fā)光強(qiáng)度也得到提高。
現(xiàn)在普遍采用各種濕化學(xué)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(jié)溫度。由于納米粉體的表面積相對(duì)較大，粉體表面能較 高，使材料燒結(jié)動(dòng)力增加，從而使燒結(jié)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(qiáng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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(shù)的改善。藍(lán)光LED芯片激發(fā)YAG:Ce3+熒光粉發(fā)出黃光， 藍(lán)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(shù)偏低，因此通過特定方法改變YAG:Ce3+熒光粉在藍(lán)光激發(fā)下的顏色組 成，來提高顯色指數(shù)，也是一個(gè)重要的研究方向。量子點(diǎn)(quantum dot)是準(zhǔn)零維(quasi-zero-dimensional)的納米材料，由少 量的原子所構(gòu)成。粗略地說，量子點(diǎn)三個(gè)維度的尺寸都在lOO納米(nm)以下， 外觀恰似一極小的點(diǎn)狀物，其內(nèi)部電子在各方向上的運(yùn)動(dòng)都受到局限，所以 量子局限效應(yīng)(quantum confinement effect)特別顯著。由于量子局限效應(yīng)會(huì)導(dǎo) 致類似原子的不連續(xù)電子能階結(jié)構(gòu)，因此量子點(diǎn)又被稱為「人造原子」 (artificial atom)。科學(xué)家己經(jīng)發(fā)明許多不同的方法來制造量子點(diǎn)，并預(yù)期這種 納米材料在二十一世紀(jì)的納米電子學(xué)(nanoelectronics)上有極大的應(yīng)用潛力。
量子點(diǎn)(QuantumDot)是在把導(dǎo)帶電子、價(jià)帶空穴及激子在三個(gè)空間 方向上束縛住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。這種約束可以歸結(jié)于靜電勢(shì)(由外部的電 極，摻雜，應(yīng)變，雜質(zhì)產(chǎn)生)，兩種不同半導(dǎo)體材料的界面(例如在自組量 子點(diǎn)中)，半導(dǎo)體的表面(例如半導(dǎo)體納米晶體)，或者以上三者的結(jié)合。 量子點(diǎn)具有分離的量子化的能譜。所對(duì)應(yīng)的波函數(shù)在空間上位于量子點(diǎn)中， 但延伸于數(shù)個(gè)晶格周期中。 一個(gè)量子點(diǎn)具有少量的(1-100個(gè))整數(shù)個(gè)的電 子、空穴或空穴電子對(duì)，即其所帶的電量是元電荷的整數(shù)倍。
小的量子點(diǎn)，例如膠狀半導(dǎo)體納米晶，可以小到只有2到10個(gè)納米，這相當(dāng) 于10到50個(gè)原子的直徑的尺寸,在一個(gè)量子點(diǎn)體積中可以包含100到100,000 個(gè)這樣的原子.自組裝量子點(diǎn)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(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣形成的量子點(diǎn)橫向尺寸可 以超過100納米。將l.O納米尺寸的三百萬個(gè)量子點(diǎn)首尾相接排列起來可以 達(dá)到人類拇指的寬度。
量子點(diǎn)，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(diǎn)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(jié)構(gòu)變成具有分子特性的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，受激后可以發(fā)射熒光。 基于量子效應(yīng)，量子點(diǎn)在太陽能電池，發(fā)光器件，光學(xué)生物標(biāo)記等領(lǐng)域具有 廣泛的應(yīng)用前景。 為了增強(qiáng)LED的發(fā)光強(qiáng)度，通常釆用熒光材料增加出射光的強(qiáng)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(jù)我們的調(diào)研和檢索， 采用量子點(diǎn)材料的應(yīng)用開發(fā)不多。Sandia國家實(shí)驗(yàn)室是世界上第一個(gè)采用量 子點(diǎn)白光技術(shù)獲得白光照明的研究單位。與傳統(tǒng)的熒光粉不同，量子點(diǎn)技術(shù)通過改變量子點(diǎn)的尺寸調(diào)節(jié)發(fā)光的顏色。該技術(shù)的困難在于，把量子點(diǎn)從有 機(jī)溶劑中用環(huán)氧樹脂包裹，方法不當(dāng)會(huì)引起光效下降。
為了提高LED顏色特定波譜，本發(fā)明結(jié)合量子點(diǎn)特定波譜特點(diǎn)，在熒光 材料摻入量子點(diǎn)，可以獲得可變波長或者特定波長的顏色。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)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(shí)提供一種相應(yīng)的LED燈。 本發(fā)明的技術(shù)方案之一是
通過向LED熒光粉中增加油溶性CdSe/ZnS量子點(diǎn)材料，攪拌均勻后進(jìn) 行封裝，加入量為了 (1 10) /10000。 本發(fā)明的技術(shù)方案之二是
通過在LED燈罩內(nèi)表面涂覆一層厚度為100納米 10微米的CdS/ZnS 量子點(diǎn)材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案之三是-
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點(diǎn)3、封裝膠4、透明罩5， 其特征是所述的量子點(diǎn)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(shù)方案之四是
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點(diǎn)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(nèi)表面 上涂覆有含有量子點(diǎn)3的透明涂層，所述的量子點(diǎn)為CdS/ZnS量子點(diǎn)材料。
本發(fā)明的技術(shù)方案之五是-
通過對(duì)熒光粉進(jìn)行粒度進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇與量子點(diǎn)尺度接近的熒光粉材料， 然后將兩種材料進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)材料，在熒光粉中的量子點(diǎn)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(shù)量從而獲得全光譜的顏色。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之一。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
圖中1是LED顆粒，2是燈罩，3是量子點(diǎn)，4是封裝膠，5是透明罩， 6、 7、 8是光線。
具體實(shí)施例方式
下面附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 實(shí)施例一。
通過向LED熒光粉中增加CdSe/ZnS量子點(diǎn)材料，攪拌均勻后進(jìn)行封裝， 加入量為了 (H0) /10000。 實(shí)施例二。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二是
通過在LED燈罩內(nèi)表面涂覆一層厚度為100納米 1(X)微米的CdS/ZnS 量子點(diǎn)材料。 實(shí)施例三。 如圖1所示。
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點(diǎn)3、封裝膠4、透明罩5， 其特征是所述的量子點(diǎn)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(diǎn)為CdS或ZnS量子點(diǎn)材料。 ，
實(shí)施例四。
如圖2所示。
一種LED燈，包括LED顆粒1、燈罩2、量子點(diǎn)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(nèi)表面 上涂覆有含有量子點(diǎn)3的透明涂層，所述的量子點(diǎn)為CdS或ZnS量子點(diǎn)材料。 本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)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(diǎn)材料，攪拌均勻后進(jìn)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(nèi)表面 涂覆一層厚度為100納米-100微米的CdS/ZnS量子點(diǎn)材料。
3、 一種高發(fā)光率LED燈，包括LED顆粒(1)、燈罩(2)、量子點(diǎn)(3)、 封裝膠(4)、透明罩(5)，其特征是所述的量子點(diǎn)(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(diǎn)為CdS/ZnS 量子點(diǎn)材料。
4、 一種高發(fā)光率LED燈，包括LED顆粒(1)、燈罩(2)、量子點(diǎn)(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(nèi)表面上涂覆有含有量子點(diǎn)(3)的透明涂 層，所述的量子點(diǎn)為CdS/ZnS量子點(diǎn)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(diǎn)材料，攪拌均勻后進(jìn)行封裝，加入量為了(1～10)/10000，或者是通過在LED燈罩內(nèi)表面涂覆一層厚度為100納米-100微米的CdS/ZnS量子點(diǎn)材料而得到包括LED顆粒(1)、燈罩(2)、量子點(diǎn)(3)、封裝膠(4)、透明罩(5)，量子點(diǎn)(3)散置于封裝膠(4)中或涂履在透明罩(5)的內(nèi)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(diǎn)為CdS/ZnS量子點(diǎn)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(hào)F21V9/00GK101644416SQ20091003308
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者朱紀(jì)軍, 樊世才, 洪思忠 申請(qǐng)人:江蘇名家匯電器有限公司