[发明专利]一种利用前向散射增强型量子点荧光粉提高pc-LEDs出光效率的方法

说明书

本发明公开了一种利用前向散射增强型量子点荧光粉提高pc‑LEDs出光效率的方法，量子点荧光粉颗粒粒径d满足d≥0.1λ/π(λ为入射光波长，π为圆周率)，采用的是多层核壳结构，颗粒内包含量子点发光层。前向散射增强特性使得光线散射时向前部分光强大于向后部分光强，有效避免后向散射引起的多次散射/吸收带来的光强损失，提升光抽取效率，结合量子点的窄带发光，实现光谱效率的改善。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及用于pc-LEDs(phosphor convertedlight-emitting diode，基于荧光粉转换的发光二极管)封装中前向散射量子点荧光粉涂层增强光抽取效率的方法。

背景技术

量子点(Quantum Dots,QD)，其本质是一种纳米级的半导体材料，其粒径通常在1nm至10nm的范围。因为量子限域的作用，其能带结构并不是连续的，而其能级结构是分立的，其光学行为与大分子类似可发射荧光，其体积大小控制发光光谱，即存在量子尺寸效应。正是因为量子尺寸效应，可以用作荧光粉材料，同种材料只需要改变其颗粒大小即可实现不同波段的发光光谱。虽然其制备简单并且成本较低，却具有较高的量子产率。

在pc-LEDs中，相对于传统微米级荧光粉而言，量子点具有非常窄的半波峰宽，其色纯度较高，可大幅超过NTSC色域范围。所以基于多色量子点转化的LED能够获得的很高显色性能，其Ra与R9的值均可超过95，几乎接近100。量子点涂层与传统荧光粉涂层类似，都是通过吸收芯片发出的光子进行转化发射出需要的波段的光子，其形貌浓度同样影响光色品质和光效。通常借助一定的载体材料将量子点与硅胶均匀混合，得到稳定胶体进行涂覆制备胶体量子点层。不同的是，在传统的白光pc-LEDs封装中，宽带发光谱的荧光粉(如YAG:Ce3+等)由于其光谱的长红光、远红光成分的视觉灵敏度低下又会带来额外的发光效能(LER，Luminous Efficacy of Radiation)的损失，即白光光谱效率损失；为了提高发光效能LER，峰值位于高视觉灵敏度波长区域、具有较窄发射带宽(FWHM＝30nm)的量子点荧光粉(QDs)是不错的选择，利用量子点荧光粉的窄带发射谱和波长可调控特性，调整波长到人眼视觉最灵敏的绿色、红色波段，能获得高的视觉响应；同时减少光谱带宽，将辐射能量集中在视觉灵敏度高的范围，减少传统荧光粉长红光、远红光成分带来的低视觉灵敏度发光效能损失。而对于植物照明用pc-LEDs封装，能调整相应的光谱，落在红、蓝有效区域。

因此，量子点转换发光也将会是照明与显示的重要发展趋势，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的问题是如何实现进一步改善量子点荧光粉的出光效率涂层。由于纳米量子点本身尺寸过小，一般都会小于12nm，对于可见光易引起瑞利散射，其后向散射较强，易引起光强损失。实验发现，对于常见的蓝光LED芯片来说，小于12nm的量子点会引起光强损失，要实现前向散射增强粒径要在15nm以上。因此本发明提出基于前向散射特性增强型核壳量子点(Forward Mie Scattering--Quantum Dots，FMS-QDs)荧光粉，即在量子点发光层表面添加包覆层，或籽晶上生长量子发光层，提高尺寸后得到的量子点荧光粉，将具有对光前向散射增强的纳米荧光粉均匀分散到介质中，涂覆在LED芯片出光方向的表面上，实现了前向散射增强和窄带发光，既能提高出光效率，也使得光谱精细可调。

本发明提出了一种利用前向散射增强型量子点荧光粉提高pc-LEDs出光效率的方法。

本发明的技术方案为：

一种利用前向散射增强型量子点荧光粉提高pc-LEDs出光效率的方法，量子点荧光粉颗粒是多层核壳结构，包含量子点发光层，受激发后有窄带发光谱；粒径d≥0.1λ/π(λ为入射光波长，π为圆周率)，会发生米氏散射，颗粒粒径尺寸上能够引起所传输光线的前向散射增强；所述的量子点荧光粉用于pc-LED封装的涂层，涂覆在LED芯片出光方向表面上，形成量子点荧光粉涂层。