双发射荧光材料及其制备方法和其在LED器件中的应用与流程

本发明涉及发光材料领域，尤其涉及一种双发射荧光材料及其制备方法和其在led器件中的应用。

背景技术：

发光二极管(lightemittingdiode，缩写为led)已经成为最有发展前景的新一代光源，其利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，注入半导体中的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换成光能。led照明光源的主流是高亮度的白光led，目前已商品化的白光led多是二波长，即以蓝光单晶片加上yag黄色荧光粉混合产生白光；而人眼对自然光适应性强、视觉效果好，因此需要寻找一种能够提供最自然的光线的护眼led光源。

硅量子点是一种新型的硅纳米材料，在光电子、催化和传感等领域具有广泛应用前景，然而，硅量子点存在于溶剂中才能实现较高的荧光量子效率，若通过后处理获得固体量子点，则会发生荧光的显著下降或荧光淬灭，无法实现其在led照明光源中的应用。为此，人们通过将硅量子点组装到有机或无机基质中以实现其固体发光，但这无法解决量子点的热/光稳定性难题，还面临着较低的荧光量子效率的问题，同样无法满足其在led照明光源中的应用。所以，至今为止，尚未有硅量子点或其复合材料作为发光材料用于led照明光源的报道。

技术实现要素：

为克服上述不足，本发明的目的是提供一种发射蓝绿光的双发射荧光材料。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种双发射荧光材料，所述双发射荧光材料包括如下质量百分比的组分，10％～18％硅量子点和82％～90％聚硅氧烷。

优选地，所述双发射荧光材料具有硅量子点镶嵌在聚硅氧烷上形成的二维薄膜结构。

优选地，所述双发射荧光材料的吸收波长范围为250～500nm，所述双发射荧光材料的发射波长范围为400～600nm。

优选地，所述双发射荧光材料在波长为350～400nm的紫外线激发下，量子效率达到40～85％。

优选地，通过1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲作为硅源制备得到硅量子点和聚硅氧烷。

本发明的另一目的是，提供一种双发射荧光材料的制备方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

双发射荧光材料的制备方法，包括以下步骤：

将硅源、螯合剂和去离子水混合，在180～250℃下进行水热反应，得到所述双发射荧光材料。

优选地，所述硅源、螯合剂和去离子水的用量比为(1～2.5)ml:1g:(20～30)ml。

优选地，所述硅源为1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲，所述螯合剂为柠檬酸钠和/或柠檬酸和氢氧化钠的混合物。

优选地，水热反应时间为5～15h。

本发明的另一目的是，提供一种双发射荧光材料或通过上述制备方法得到的双发射荧光材料在led器件中的应用。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

双发射荧光材料或上述的制备方法得到的双发射荧光材料在led器件中的应用，按照质量比为1:3～10将所述双发射荧光材料和有机硅混合均匀后涂布到led芯片上。

优选地，涂布到主波长为350～420nm的led芯片上，经过固化后得到暖白光led器件。

优选地，涂布到主波长为440～480nm的led芯片上，经过固化后得到正白光led器件。

本发明的另一目的是，提供一种白光led器件。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种白光led器件，包括双发射荧光材料或通过上述的制备方法得到的双发射荧光材料。

本发明的提供一种双发射荧光材料为硅量子点镶嵌的2-d聚硅氧烷，该材料为片状结构。该双发射荧光材料为蓝绿光双发射，量子效率为75％；吸收波长范围为250～500nm，发射波长范围为400～600nm。本发明的双发射荧光材料还具有优异的热稳定性和耐温性。本发明中仅通过一步法即可合成出双发射荧光材料，方法简单、成本低廉。本发明的双发射荧光材料与紫外线或紫光led芯片封装出无uv发射的暖白光led，是一种理想的护眼led光源；或者与蓝光led芯片封装出能够商业化应用的正白光led器件。

附图说明

图1为本发明实施例1的双发射荧光材料的hrtem图。

图2为本发明实施例1的双发射荧光材料的激发光谱图。

图3为本发明实施例1的双发射荧光材料在uv激发和蓝光激发下的发射光谱图。

图4为本发明实施例1的双发射荧光材料经过不同温度处理后在激发波长为390nm下的发射光谱图。

图5为本发明实施例1的基于uvled芯片的暖白光led发射光谱图。

图6为本发明实施例1的基于蓝光led芯片的白光led发射光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

实施例1

(1)双发射荧光材料

本实施例的双发射荧光材料1包括质量百分比为12.5％硅量子点和质量百分比为87.5％聚硅氧烷。

量取1.5ml1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲，再称取1.2g柠檬酸钠，将其加入到28ml去离子水中，通过磁力搅拌30min将其充分混合均匀，得到混合溶液。然后，将此混合溶液转移至水热反应釜中，在200℃下反应5h，即得双发射荧光材料1。该双发射荧光材料为聚硅氧烷表面镶嵌有硅量子点的二维薄膜结构，如图1所示。通过实验测得在波长为380nm的紫外线激发下，该材料的量子效率为75％。本发明中，通过一步法合成出了硅量子点镶嵌聚硅氧烷的二维薄膜结构，方法简便且不影响该材料的后续应用。

如图2～3所示，双发射荧光材料1的吸收波长范围为250～500nm，其发射波长范围为400～600nm；其中，在波长为395nm的uv激发下，该材料的发光主峰约为480nm(即曲线a所示)，在波长为460nm的蓝光激发下，该材料的发光主峰约为520nm(即曲线b所示)，这就显示出，双发射荧光材料为蓝绿光双发射。

将本实施例1得到的双发射荧光材料1经过温度为0～250℃处理相同的时间后，在波长为390nm的uv激发下得到的发射光谱图，由上至下依次为曲线a到f的发射峰，0℃、100℃和150℃处理后的上述材料得到曲线a、b和c的发射峰，其发射峰强度基本相同，200℃处理上述材料后得到曲线d，发射峰强度略微下降，但该强度值仍然很高，温度升高到225℃得到曲线e，发射峰强度有所降低，直到温度升至250℃处理的该材料得到曲线f的发射峰强度下降明显，如图4所示，这证明了本发明的双发射荧光材料具有优异的热稳定性、耐热性，可耐热温度高达200℃。

(2)暖白光led器件

按照质量比1:3称取上述双发射荧光材料1和环氧树脂，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为395nm的led芯片上，经过固化即得到无uv发射的暖白光led。当在紫外线led芯片上涂覆一层双发射荧光材料1时如图5所示，得到的暖白光led器件的发光光谱范围为450～650nm，且无波长为395nm的光发射出。本发明的双发射荧光材料可与紫外线或紫光led芯片相匹配，得到的暖白光led器件测得的色温约为3000k；由于双发射荧光材料中的硅量子点对uv具有较强的吸收功能，因此，双发射荧光材料可与紫外线或紫光led芯片封装出无uv发射的暖白光led器件。这种暖白光led器件不仅避免了来自紫外线或紫光led芯片的发光，而且克服了蓝光的危害，是一种理想的护眼led光源。

(3)正白光led器件

按照质量比1:3.1称取上述双发射荧光材料1和硅胶，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为460nm的led芯片上，经过固化即得到正白光led。led芯片发出的蓝光的部分被双发射荧光材料1吸收，另一部分与双发射荧光材料1发出的波长约为520nm的绿光混合得到白光，图6显示出这种正白光led器件的发光光谱范围为420～650nm。本发明的双发射荧光材料与蓝光led芯片封装出的正白光led器件的色坐标为(0.332,0.334)，显色指数为82，色温为6500k，可替代yag:ce黄色荧光粉，达到了商业化应用的指标。

实施例2

本实施例的双发射荧光材料2包括质量百分比为10％硅量子点和质量百分比为90％聚硅氧烷。

量取1.1ml1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲，再称取1.2g柠檬酸钠，将其加入到25ml去离子水中，通过磁力搅拌30min将其充分混合均匀，得到混合溶液。然后，将此混合溶液转移至水热反应釜中，在180℃下反应8h，即得双发射荧光材料2。将双发射荧光材料2在波长为370nm的紫外线激发下通过实验测得该材料的量子效率为60％。

按照质量比1:4称取本实施例的双发射荧光材料2和硅胶，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为350nm的led芯片上，经过固化即得到无uv发射的暖白光led。

按照质量比1:4.5称取本实施例的双发射荧光材料2和环氧树脂，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为440nm的led芯片上，经过固化即得到正白光led。

实施例3

本实施例的双发射荧光材料3包括质量百分比为15％硅量子点和质量百分比为85％聚硅氧烷。

量取1.8ml1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲，再称取1.2g柠檬酸钠、柠檬酸和氢氧化钠的混合物，将其加入到30ml去离子水中，通过磁力搅拌30min将其充分混合均匀，得到混合溶液。然后，将此混合溶液转移至水热反应釜中，在200℃下反应10h，即得双发射荧光材料3。将双发射荧光材料3在波长为360nm的紫外线激发下通过实验测得该材料的量子效率为53％。

按照质量比1:5称取本实施例的双发射荧光材料3和环氧树脂，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为380nm的led芯片上，经过固化即得到无uv发射的暖白光led。

按照质量比1:6.3称取本实施例的双发射荧光材料3和硅胶，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为450nm的led芯片上，经过固化即得到正白光led。

实施例4

本实施例的双发射荧光材料4包括质量百分比为17％硅量子点和质量百分比为83％聚硅氧烷。

量取2.2ml1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲，再称取1.2g柠檬酸和氢氧化钠的混合物，将其加入到32ml去离子水中，通过磁力搅拌30min将其充分混合均匀，得到混合溶液。然后，将此混合溶液转移至水热反应釜中，在220℃下反应13h，即得双发射荧光材料4。将双发射荧光材料4在波长为350nm的紫外线激发下通过实验测得该材料的量子效率为40％。

按照质量比1:7称取本实施例的双发射荧光材料和硅胶，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为400nm的led芯片上，经过固化即得到无uv发射的暖白光led。

按照质量比1:8.4称取本实施例的双发射荧光材料和环氧树脂，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为470nm的led芯片上，经过固化即得到正白光led。

实施例5

本实施例的双发射荧光材料5包括质量百分比为18％硅量子点和质量百分比为82％聚硅氧烷。

量取2.5ml1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲，再称取1.2g柠檬酸钠，将其加入到35ml去离子水中，通过磁力搅拌30min将其充分混合均匀，得到混合溶液。然后，将此混合溶液转移至水热反应釜中，在250℃下反应15h，即得双发射荧光材料5。将双发射荧光材料5在波长为400nm的紫外线激发下通过实验测得该材料的量子效率为85％。

按照质量比1:9.8称取本实施例的双发射荧光材料和硅胶，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为420nm的led芯片上，经过固化即得到无uv发射的暖白光led。

按照质量比1:10称取本实施例的双发射荧光材料和环氧树脂，将其充分搅拌混合均匀后，涂布到主波长为480nm的led芯片上，经过固化即得到正白光led。

实施例2～5得到的双发射荧光材料2～5的透射电镜图中均显示出薄膜结构，经过实验检测，实施例2～5得到的双发射荧光材料2～5的材料结构、吸收波长范围和发射波长范围基本一致，也同样都显示出较优异的耐温性和稳定性。同样地，双发射荧光材料2～5都可与紫外线或紫光led或者蓝光led芯片相匹配，均能够封装出色温约为3000k的暖白光led器件或色温约为6500k正白光led器件。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。