利用量子点的led器件的制作方法
【专利摘要】本文描述了一种LED照明器件，其利用LED芯片上方的层中的量子点。该量子点层和LED芯片以梯度折射率布置，使得每个层的折射率优选地小于紧接的下一层或芯片的折射率。在较长波长处具有发射峰值的量子点优选地被布置在较靠近LED芯片的较低层中；而在较短波长处具有发射峰值的量子点被布置在较远离LED芯片的较高层中。
【专利说明】利用量子点的LED器件
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管(“LED”)器件和灯。特别地，本发明涉及包含用于将从光源发射的光转换成不同波长的光的量子点(“QD”)的LED器件和灯。
【背景技术】
[0002]现有的LED可以发射紫外(“UV”)、可见或红外(“IR”)波长范围内的光。这些LED通常具有窄的发射光谱，这意味着LED不能直接用于产生广谱光，诸如白光。可以引入磷来将由LED原始发射的光的一部分转换成不同波长的光。经过转换的光与原始发射的光的组合呈现更期望的输出光。例如，典型的发白光的LED包含YAG = Ce磷，其在广谱范围内展示>85%的量子效率。但是，由仅一种类型的磷转换的白光通常具有低的显色指数(“CRI”)，并仅可以达到有限的色温范围。
[0003]量子点(“QD”，也被称为半导体纳米晶体)可以被用来转换由LED发射的光以生成可见或红外区域中的光。量子点是具有比散装(bulk)激子玻尔半径小的直径的纳米晶体。归因于量子局限效应，量子点的电子态之间的能量差是量子点的组分和物理尺寸二者的函数。因此，可以通过改变量子点的物理尺寸来调谐和调整量子点的光学和光电子学属性。量子点吸收比吸收峰值波长更短的所有波长，并发射更长波长处的光。量子点发光光谱的带宽与依赖于温度的多普勒展宽、海森堡不确定性原理和量子点的尺寸分布有关。对于给定的量子点，可以通过改变尺寸来控制改量子点的发射频带。因此，量子点可以产生利用传统磷不可实现的颜色范围。例如，2nm CdSe量子点在可见光谱的蓝色区域中发射，而IOnmCdSe量子点在可见光谱的红色区域中发射。
[0004]特定类型的量子点的发射频带可以具有与第二类型的量子点的吸收频带的重叠部分。因此，由第一量子点转换的光可以被第二量子点再次吸收。因此，光经由两个转换过程而被吸收和转换两次。该自。吸收是不期望的，这是因为归因于具有小于100%效率的两个转换的能量损失降低了 LED器件的总体功效。
[0005]针对功效的另一个重要因素是菲涅耳反射。当光从折射率为的第一介质移动到折射率为/?的第二介质中时，可能发生光的反射和折射二者。例如，近乎法向入射时的反射系数W由下式给出:
【权利要求】
1.一种照明器件，包括: 光源，所述光源具有源折射率； 设置在所述光源上方的第一发光层，所述第一发光层具有第一有效折射率，所述第一发光层包括分散在第一基质材料中的第一量子点组分，所述第一有效折射率等于或小于所述源折射率；以及 设置在所述第一发光层上方的第二发光层，所述第二发光层具有第二有效折射率，所述第二发光层包括分散在第二基质材料中的第二量子点组分，所述第二有效折射率小于所述第一有效折射率。
2.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一量子点组分具有第一发射光谱，所述第一发射光谱具有第一峰值波长，并且所述第二量子点组分具有第二发射光谱，所述第二发射光谱具有第二峰值波长，其中所述第二峰值波长比所述第一峰值波长更短或者等于所述第一峰值波长。
3.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一量子点组分具有第一发射光谱，所述第一发射光谱具有第一峰值波长，并且所述第二量子点组分具有吸收光谱，所述吸收光谱具有吸收峰值波长，其中所述第一峰值波长比所述吸收峰值波长更长。
4.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一发光层被直接设置在所述光源的上方。
5.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第二发光层被直接设置在所述第一发光层的上方。
6.根据权利要求2所述的照明器件，还包括: 设置在所述第二发光层上方的第三发光层，所述第三发光层具有第三有效折射率，所述第三发光层包括分散在第三基质材料中的第三量子点组分，所述第三有效折射率小于所述第二有效折射率，所述第三量子点组分具有第三发射光谱，所述第三发射光谱具有第三峰值波长，所述第三峰值波长比所述第二峰值波长更短。
7.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述光源包括发光二极管。
8.根据权利要求7所述的照明器件，其中所述发光二极管是蓝光发光二极管或紫外发光二极管。
9.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一量子点组分或第二量子点组分包括从由以下各项构成的组中选择的至少一种材料:CdS、CdSe, CdTe, CdPo, ZnS、ZnSe, ZnTe,ZnPo、HgS、HgSe、HgTe、MgS、MgSe、MgTe、PbSe、PbS、PbTe、GaN、GaP、GaAs、InP、InAs、CuInS2、CuInSe2, CuInTe、ZnGeP2、CuSe、CdShSe,、BaTi03、PbZr03、PbZrxTihOp BaxSivxTi03、SrTiO3,LaMnO3> CaMnO3> ZnSe: Mn 和 LahCaxMnOy
10.根据权利要求1所述的照明器件，其中在至少约450nm的波长处，所述第一量子点组分和第二量子点组分的折射率为至少2.2。
11.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一基质材料或第二基质材料包括从由以下各项构成的组中选择的至少一种材料:硅铜、环氧树脂、丙烯酸、塑料、聚合物和玻3?。
12.根据权利要求1所述的照明器件，还包括设置在所述第二发光层上方的封装层，所述封装层包括从由以下各项构成的组中选择的至少一种材料:硅酮、环氧树脂、丙烯酸、塑料、聚合物和玻璃。
13.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一发光层或第二发光层还包括磷组分。
14.根据权利要求1所述的照明器件，还包括设置在所述第二发光层上方的氧化物层，所述氧化物层的有效折射率小于所述第二发光层的第二有效折射率。
15.根据权利要求14所述的照明器件，其中所述氧化物层包括从由以下各项构成的组中选择的至少一种氧化物材料:Ti02、ZnO和Zr02。
16.根据权利要求15所述的照明器件，其中所述氧化物材料的平均颗粒直径为至多100纳米。
17.根据权利要求1所述的照明器件，还包括设置在所述第二发光层上方的磷层，所述磷层的有效折射率小于所述第二发光层的第二有效折射率。
18.根据权利要求17所述的照明器件，其中所述磷层还包括量子点组分。
19.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一发光层的第一有效折射率为至少2，并且所述第二发光层的第二有效折射率为至少1.6。
20.根据权利要求1所述的照明器件，其中所述第一量子点组分和第二量子点组分由相同的材料组成。
21.根据权利要求20所述的照明器件，其中所述第一量子点组分具有第一发射光谱，所述第一发射光谱具有第一峰值波长，并且所述第二量子点组分具有吸收光谱，所述吸收光谱具有吸收峰值波长，其 中所述第二峰值波长比所述第一峰值波长更短。
22.—种照明器件，包括: InGaN发光二极管，所述InGaN发光二极管具有源折射率； 直接设置在所述InGaN发光二极管上方的第一发光层，所述第一发光层具有第一有效折射率，所述第一发光层包括分散在第一基质材料中的InP量子点组分，所述InP量子点组分具有第一发射光谱，所述第一发射光谱具有第一峰值波长，所述第一有效折射率小于所述源折射率；以及 直接设置在所述第一发光层上方的第二发光层，所述第二发光层具有有效折射率，所述第二发光层包括分散在第二基质材料中的CuInS2量子点组分，所述第二 CuInS2量子点组分具有第二发射光谱，所述第二发射光谱具有第二峰值波长，所述第二峰值波长比所述第一峰值波长更短，所述第二有效折射率小于所述第一有效折射率。
23.一种照明器件，包括: AlGaN发光二极管，所述AlGaN发光二极管具有源折射率； 直接设置在所述AlGaN发光二极管上方的第一发光层，所述第一发光层具有第一有效折射率，所述第一发光层包括分散在第一基质材料中的第一 InP量子点组分，所述第一 InP量子点组分具有第一发射光谱，所述第一发射光谱具有第一峰值波长，所述第一 InP量子点组分具有第一体积分数，所述第一有效折射率小于所述源折射率； 直接设置在所述第一发光层上方的第二发光层，所述第二发光层具有第二有效折射率，所述第二发光层包括分散在第二基质材料中的第二 InP量子点组分，所述第二 InP量子点组分具有第二发射光谱，所述第二发射光谱具有第二峰值波长，所述第二峰值波长比所述第一峰值波长更短或者等于所述第一峰值波长，所述第二 InP量子点组分具有第二体积分数，所述第二体积分数小于所述第一体积分数，所述第二有效折射率小于所述第一有效折射率；以及 直接设置在所述第二发光层上方的第三发光层，所述第三发光层具有第三有效折射率，所述第三发光层包括分散在第三基质材料中的ZnSe量子点组分，所述ZnSe量子点组分具有第三发射光谱，所述第三发射光谱具有第三峰值波长，所述第三峰值波长比所述第二峰值波长更短，所述第三有效折射率小于`所述第二有效折射率。
【文档编号】H01L33/50GK103430337SQ201280015644
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年3月2日 优先权日:2011年3月28日
【发明者】M.安克 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司