[發明專利]金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料、制備方法及其在LED封裝中的應用

有效

• 申請號: 201610132562.0
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105602554B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 張皓;劉家樂;武振楠;楊柏
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C09K11/58
• 分類號: C09K11/58;H01L33/50
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王淑秋,王恩遠

技術領域

本發明屬于LED封裝材料技術領域，具體涉及一種金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料、制備方法及其在LED封裝中的應用。

背景技術

發光二極管(Light－Emitting Diode)，簡稱LED，由含鎵、砷、磷、氮等的化合物制備而成，被稱為第四代光源，具有體積小，電壓低，使用壽命長，電光轉化效率高，啟動無延時和反復開關無損壽命等優點，被廣泛用于LED顯示屏，液晶屏幕背光源，信號指示以及日常照明等領域。而白光LED主要有兩部分組成：1、以InGaN晶體為主體的LED芯片作為發光源，其經過多年的發展，發光顏色從紫外可見到紅外區可調，使用壽命長，生產成本不斷下降，現已具備商業價值；2、以稀土和半導體材料為主的顏色轉換層，顏色轉化層吸收部分LED芯片發出的光作為激發光，激發材料本身發射出其他顏色的熒光，發光源與激發光混合即得到白光。作為發光源的LED芯片主要有兩種：一種是藍光(450～470nm)芯片，一種是紫外光(365～395nm)芯片。以紫外光芯片作為光源的白光LED器件，由于光譜特性較佳，光譜覆蓋范圍更廣，受到了廣泛的關注。

現今顏色轉換層的熒光材料以稀土摻雜材料為主，但由于稀土金屬的稀缺且價格昂貴，這限制了白光LED的進一步發展。半導體量子點也被嘗試應用于LED顏色轉換層，但其通常會帶來重金屬污染且成本仍然較高。所以發展一種新型低成本環境友好的熒光材料具有很重大的實際意義。

熒光金屬納米簇作為一種新型的熒光材料，其尺寸介于納米粒子和原子之間，具有類似于分子的熒光性質，近幾年受到了廣泛的關注。將銅納米簇組裝為片狀結構使其光學性質更穩定，得到了藍綠光熒光粉(500nm)；用金摻雜銅納米簇自組裝材料使其熒光紅移得到了黃光、橙光和紅光等顏色熒光粉(605nm，617nm，666nm)。通過控制摻雜比例，使熒光粉熒光光譜從藍光到紅光連續可調。特別是銅元素地殼含量高，且價格低廉，使該方法制備的熒光粉有較大的應用潛力。

發明內容

本發明的目的是提供一種金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料、制備方法及將自組裝熒光材料應用在高顯色性白光LED的封裝中，作為顏色轉換層(封裝材料是由熒光粉和聚合物混合而成，由于其混有聚合物，能使LED發光顏色由GaN發出的紫外光轉變為白光，我們也把封裝層叫做顏色轉換層)。該自組裝熒光材料是通過銅納米簇自組裝而成，又在其中摻入了金元素(金元素占總金屬元素摩爾比的0.003％～80％，通過摻雜得到了熒光顏色連續可調的熒光粉。由于該自組裝熒光材料制備方法簡單、快速，原料成本低廉，工藝無污染，熒光顏色可調且量子產率高，穩定性好，同時，該熒光材料尺寸較大，混合后不易發生能量轉移，因此該自組裝熒光材料可以應用于高顯色性白光LED的制備等領域。

本發明采用膠體化學方法，成功制備了金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料，將銅納米簇進行二維取向的有序組裝，得到了具有藍綠色的熒光銅納米簇二維組裝材料；在藍色熒光的銅納米簇組裝體中摻入金，引入缺陷，使組裝體熒光紅移，通過控制摻入金的量來調控紅移的幅度最終得到了黃光、橙光和紅光的熒光粉，并且材料的熒光量子效率隨著金元素的摻入得到了較高的提升。

本發明所述的金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料的制備方法，具體步驟如下：

1)首先將氯化銅加入到裝有液體石蠟和極性油溶性溶劑的反應容器中，液體石蠟和極性油溶性溶劑的體積比為0.2～10：1，氯化銅的質量濃度為0.05％～2％，不斷攪拌；然后將濃度為0.001～100mg/mL的氯金酸溶液加入到氯化銅溶液中，氯金酸與氯化銅的摩爾比為0.00003～4：1，制備氯金酸溶液的溶劑為與前面所述相同的極性油溶性溶劑；最后緩慢加入還原劑，還原劑摩爾用量與金和銅元素總摩爾用量的比為10～100：1；在不斷攪拌的條件下將反應體系維持在30～80℃下反應0.5～10h，即得到具有熒光性質的金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料懸濁液；

2)將步驟(1)得到的懸濁液與三氯甲烷、丙酮按體積比1：1～2：2～6的比例混合，混合混勻后以3000～8000r/min離心3～10min，之后再重復該離心步驟2～3次，晾干后即得到本發明所述的金摻雜的銅納米簇自組裝熒光材料。

進一步地，步驟(1)所述的與液體石蠟共混的極性油溶性溶劑為二芐醚、二苯醚、苯甲醚、苯乙醚、苯甲酸乙酯、苯甲酸異戊酯、馬來酸二甲酯、十八烯、十四烯。

進一步地，步驟(1)所述的氯化銅是二水合氯化銅或無水氯化銅是固體粉末，或是濃度為10～50mg/mL的四氫呋喃(純度為97％以上)溶液。