本發(fā)明屬于半導體照明技術領域，具體涉及一種白光LED及其制備方法。
背景技術：
近年來，隨著全球能源危機以及人們節(jié)能環(huán)保意識的逐步增強，大量節(jié)能環(huán)保材料走進了我們的生活。半導體發(fā)光二極管（LED）因耗能低、產(chǎn)熱少、壽命長、光效高等優(yōu)點正逐步取代傳統(tǒng)的照明材料，成為新一代的固態(tài)照明光源。目前，開展新型固態(tài)照明領域中最為核心的半導體LED發(fā)光材料與器件的研究，具有十分重要的社會、經(jīng)濟和科學價值。
用于照明功能的白光LED主流產(chǎn)品是用藍光LED激發(fā)YAG:Ce熒光粉獲得白光輸出，因為欠缺紅光波段，與白熾燈光相比相對不自然，即顯色指數(shù)（CRI）偏低，若能將顯色指數(shù)提高至90或以上，LED的照明應用領域?qū)鼮閷拸V；另一方面，熒光粉的壽命已成為限制白光LED壽命的主要因素。
量子點材料具有獨特的量子效應和介電限域效應，因而比熒光粉的發(fā)光效率更高、使用壽命更長、顏色的純度更好，且其具有尺寸可控的能量帶隙和發(fā)光波長，通過改變量子點熒光材料的尺寸和化學組成可以使其熒光發(fā)射波長覆蓋整個可見光區(qū)。因此，量子點在新型固態(tài)照明LED領域具有極大的應用前景，成為目前新型LED發(fā)光材料的研究熱點。
傳統(tǒng)的白光實現(xiàn)方式都是靠紫外激發(fā)同時激發(fā)三基色熒光粉實現(xiàn)的，這樣存在三個問題：第一：由于熒光粉長期受到紫外光的激發(fā)，材料發(fā)光特性減弱，從而造成光輸出的衰減，第二是由于熒光粉的粒徑比較大，一般是微米等級，這樣就會造成大量的色散損失，從而也成為限制LED光效提高和應用的一個瓶頸。第三：由于三基色熒光粉材料有差別，因而他們衰減速度也有快有慢，這樣就是導致由于熒光粉衰減的不一致而造成LED顏色參數(shù)的漂移，這成為紫外光LED應用于通用照明中的重大障礙。
基于熒光粉的上述缺點，目前市場有采用三基色量子點代替熒光粉的應用，但他們大多是簡單的用量子點取代熒光粉，這種也存在兩個問題：第一，由于紫外光與綠光以及紅光之間由于光子能量差異而帶來的能耗，使得LED的光效很難得到大幅度提高。第二：綠光量子點和紅光量子點的最佳吸收波長一般在460nm左右，用紫外LED激發(fā)，其發(fā)光效率也會受到很大的影響；第三：三種材料混在一起，由于均勻度問題，會造成LED在不同方向上的顏色和色溫都有差異。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于可見光二次激發(fā)的以量子點作為發(fā)光材料的高顯色指數(shù)的白光LED及其制備方法。
本發(fā)明提出的基于可見光二次激發(fā)的以量子點作為發(fā)光材料的高顯色指數(shù)的白光LED，以紫外LED為激發(fā)光源，制備一種發(fā)藍光的C量子點層，一種發(fā)綠光的膠體CdTe/ZnS量子點層，一種發(fā)紅光的膠體CdTe/ZnS量子點層，通過調(diào)節(jié)三層量子點薄膜的厚度，來實現(xiàn)高光效、高顯色指數(shù)的白光量子點LED。與傳統(tǒng)發(fā)光模式不同的是，它不是用紫外光源直接激發(fā)三種發(fā)光層，而是用紫外激發(fā)C量子點產(chǎn)生藍光，然后用藍光激發(fā)CdTe/ZnS量子點產(chǎn)生綠光和紅光，從而實現(xiàn)高顯色指數(shù)的白光。其基本結構為：在高導熱陶瓷基片上，依次為紫外LED芯片，C量子點發(fā)光薄膜，發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜，發(fā)紅光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜；在高導熱陶瓷基片上、紫外LED芯片區(qū)域外是蒸鍍的銀質(zhì)反射膜，紫外LED芯片的電極與高導熱陶瓷基片的焊盤由金線連接；配光透鏡為半球形，其底部通過固定支架與高導熱陶瓷基片固定連接，并將整個芯片罩在配光透鏡內(nèi)。參見圖1所示。
本發(fā)明提出的基于可見光二次激發(fā)的以量子點作為發(fā)光材料的高顯色指數(shù)的白光LED的制備方法，具體步驟如下：
1．在一個合適尺寸已經(jīng)集成焊盤的高導熱陶瓷1上選區(qū)蒸鍍一層銀質(zhì)反射膜，該銀膜有兩個作用：第一作為電極和焊盤連接的導體，第二：能將配光透鏡反射回來的光再反射出去，增加器件的光效；
2．將紫外LED芯片通過銀膠固定在陶瓷襯底上；
3．利用膠體合成的方法，制備高量子效率的C量子點溶液，調(diào)整其濃度在濃度為0.01mol/L-0.02mol/L之間，將其加入到10%-15%濃度的硅膠溶液中，然后將溶液通過旋涂或者點膠工藝，在芯片表面形成C量子點發(fā)光薄膜，通過控制旋涂的次數(shù)來調(diào)整C量子點薄膜的厚度；
4．利用膠體合成的方法，制備高量子效率的發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點溶液，調(diào)整其濃度在濃度為0.01mol/L-0.02mol/L之間，將其加入到10%-15%濃度的硅膠溶液中，然后將溶液通過旋涂或者點膠工藝，在經(jīng)步驟（3）處理的芯片表面形成發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜，通過控制旋涂的次數(shù)來調(diào)整CdTe/ZnS量子點薄膜的厚度；
5．利用膠體合成的方法，制備高量子效率能發(fā)紅光的CdTe/ZnS量子點溶液，調(diào)整其濃度在濃度為0.01mol/L-0.02mol/L之間，將其加入到10%-15%濃度的硅膠溶液中，然后將溶液通過旋涂或者點膠工藝，在經(jīng)步驟（4）處理的芯片表面形成發(fā)紅光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜，通過控制旋涂的次數(shù)來調(diào)整CdTe/ZnS量子點薄膜的厚度；
6．通過共晶焊接方式，用金線將芯片的電極與陶瓷基板上的焊盤連接起來，實現(xiàn)電氣連接；
7．填充硅膠，使芯片，金線覆蓋在散熱襯底上，并在硅膠外層放置配光透鏡；
8．安裝固定支架，將配光透鏡固定在散熱陶瓷基板上。
本發(fā)明中，可以通過調(diào)節(jié)3層量子點發(fā)光膜的厚度調(diào)節(jié)LED的光效、色溫以及顏色坐標。
本發(fā)明提供的基于可見光二次激發(fā)的高顯色指數(shù)白光量子點LED，綠光與紅光的產(chǎn)生不是有紫外光激發(fā)產(chǎn)生，而是由C量子點受紫外激發(fā)而產(chǎn)生的藍光所激發(fā)。其白光的實現(xiàn)是有紫外LED芯片上覆蓋3層不同量子點發(fā)光材料的薄膜，第一層C量子點產(chǎn)生白光，第二層CdTe/ZnS產(chǎn)生綠光，最后一層CdTe/ZnS產(chǎn)生紅光，三種顏色的混合形成白光。
本發(fā)明優(yōu)點及效果
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點：
1．本發(fā)明所述的基于可見光二次激發(fā)的高顯指白光量子點LED，所采用的發(fā)光材料為量子點，與傳統(tǒng)的熒光粉，材料毒性低，成本低廉；
2．本發(fā)明所述的基于可見光二次激發(fā)的高顯指白光量子點LED，所采用的發(fā)光材料為量子點，是一種無機納米晶體，與傳統(tǒng)的熒光粉，粒徑小，可以明顯減少光的色散損失，有助于提高LED的光效；
3．本發(fā)明所述的基于可見光二次激發(fā)的高顯指白光量子點LED，所采用的發(fā)藍光材料為C量子點，材料無毒且制備容易，價格低廉；所采用的發(fā)綠光和紅光的為不同粒徑的CdTe/ZnS量子點，CdTe量子點經(jīng)過ZnS的包覆，不但修正的表面的缺陷，提高了發(fā)光效率，并且使得CdTe不直接與外界接觸，降低其毒性，使得材料更環(huán)保；
4．本發(fā)明所述的基于可見光二次激發(fā)的高顯指白光量子點LED，實現(xiàn)白光的方式，首先是紫外激發(fā)C量子點層產(chǎn)生藍光，然后又C量子點產(chǎn)生的藍光激發(fā)不同粒徑的CdTe/ZnS量子點，分別產(chǎn)生綠光和紅光，與傳統(tǒng)的單一激發(fā)源相比，大幅度降低由于激發(fā)光與受激發(fā)光之間能量差異帶來的能耗，有助于提高LED的光效；
5．本發(fā)明所述的基于可見光二次激發(fā)的高顯指白光量子點LED，其發(fā)光層是將量子點均勻旋涂在芯片表面，形成分層的納米薄膜，這樣可以使得LED器件在各個方向上的色度參數(shù)的一致性，可以避免由于傳統(tǒng)涂覆方式因為濃度差帶來的LED器件在不同角度上的色差。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的總體結構圖示。
圖中標號：1為高導熱陶瓷襯底，2為銀質(zhì)反射膜，3為金線，4為配光透鏡，5為紫外LED芯片，6為發(fā)藍光的C量子點發(fā)光薄膜，7為發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜，8為發(fā)紅光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜，9為固定支架。
具體實施方式
結合附圖，進一步說明本發(fā)明的詳細內(nèi)容及其具體實施方式，但本發(fā)明保護范圍包括但不限于下述的實例。
1．在一個合適尺寸已經(jīng)集成焊盤的高導熱陶瓷1上選區(qū)蒸鍍一層銀質(zhì)反射膜2，該銀膜有兩個作用：第一作為電極和焊盤連接的導體，第二：能將配光透鏡4反射回來的光再反射出去，增加器件的光效。
2．將芯片5通過銀膠固定在陶瓷襯底1上。
3．制備高量子效率的碳量子點：稱取10g檸檬酸加入0.5mol/L的稀硝酸10mL，去離子水10mL，在三頸瓶中攪拌5min 直至檸檬酸溶解完全。先后分別加入90mL十八烯和10mL油胺，繼續(xù)攪拌10min。對加入反應物的三頸瓶進行抽真空充入氮氣，反復三次以除去三頸瓶內(nèi)空氣。在氮氣保護下將反應物在190℃的條件下回流1h后冷卻至室溫，加入兩倍體積甲醇混合，再進行離心提純。上層清液即為C量子點溶液。
4. 取上層清液，調(diào)整其濃度在濃度為0.01mol/L-0.02mol/L之間，將其加入到10%-15%濃度的硅膠溶液中，然后將溶液通過旋涂或者點膠工藝，在芯片表面形成C量子點發(fā)光薄膜6，通過控制旋涂的次數(shù)來調(diào)整C量子點薄膜的厚度。
5．制備高量子效率發(fā)綠光和紅光的CdTe/ZnS量子點：
首先制備新鮮的NaHTe溶液，按照摩爾比為3：1取適量的NaBH4粉末和Te 粉加入三頸燒瓶中，然后注入適量的去離子水，其反應方程式如下:
4NaBH4+2Te+7H2O→2NaHTe+Na2B4O7+14H2↑
在反應過程中,用針頭釋放產(chǎn)生的氫氣. 在冰浴條件下反應8 小時, 待黑色的Te 粉完全消失, 生成透明的溶液, 反應結束.上層透明的溶液即為制備好的NaHTe溶液，然后取適量CdCl2、去離子水加入到到三口燒瓶中攪拌至CdCl2全部溶解; 加入適量巰基乙酸(TGA), 此時產(chǎn)生白色絮狀混濁，用1mol/L的NaOH 溶液調(diào)節(jié)溶液pH 為9, 此時溶液再次變?yōu)槌吻? 裝置通氮氣回流30分鐘，除去裝置中的氧氣，然后用注射器迅速抽取新鮮制備的NaHTe 溶液注射到上述溶液中，繼續(xù)通氮氣并攪拌20分鐘, 此時CdTe 納米晶成核;加熱到90oC回流, 通過控制回流時間來調(diào)控CdTe 量子點的尺寸, 并在不同回流時間下取樣分析.直到發(fā)光波長與需要的一致，停止加熱。
取適量制備好的CdTe 量子點溶液，按照摩爾比1:1加入適量的醋酸鋅和硫脲，攪拌溶解，然后將溶液移之不銹鋼反應釜中，將反應釜放置在保溫箱中，在120oC溫度加熱1小時，既生成的CdTe/ZnS量子點溶液。
6.取適量通過上述上述方法制備的高量子效率的發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點溶液，調(diào)整其濃度在濃度為0.01mol/L-0.02mol/L之間，將其加入到10%-15%濃度的硅膠溶液中，然后將溶液通過旋涂工藝，在芯片表面形成發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜7，通過控制旋涂的速度和次數(shù)來調(diào)整CdTe/ZnS量子點薄膜的厚度。
7．取適量通過上述上述方法制備的高量子效率的發(fā)紅光的CdTe/ZnS量子點溶液，調(diào)整其濃度在濃度為0.01mol/L-0.02mol/L之間，將其加入到10%-15%濃度的硅膠溶液中，然后將溶液通過旋涂工藝，在芯片表面形成發(fā)綠光的CdTe/ZnS量子點發(fā)光薄膜8，通過控制旋涂的速度和次數(shù)來調(diào)整CdTe/ZnS量子點薄膜的厚度。
8. 對量子點薄膜進行固化：將涂好量子點薄膜的芯片放在真空烤箱中，在80oC溫度下加熱4小時，完成固化。
9．通過共晶焊接方式，用金線3將芯片的電極與陶瓷基板1上的焊盤連接起來，實現(xiàn)電氣連接。
10．填充硅膠，使芯片，金線覆蓋在散熱襯底上，并在硅膠外層放置配光透鏡4。其中配光透鏡可根據(jù)實際使用場合進行設計開模制造，材料宜選用高透光率的PC或者PMMA材料。
11．安裝固定支架9，將配光透鏡4固定在散熱陶瓷基板1上。