[发明专利]表面改性的荧光纳米复合材料及使用其的白色LED

说明书

技术领域

本公开内容涉及一种用于制造白色LED并且增强显色指数和发光效率的表面改性的荧光纳米复合材料以及包括该表面改性的荧光纳米复合材料的白色LED器件。

背景技术

因为开发了使用InGaN的发光二极管(LED)，所以对使用该发光二极管的发光器件的研究已经积极地进行。还通过将红色、绿色和蓝色(RGB)光源混合在一起来制造白色LED，而通过在蓝色LED芯片上组合黄色磷光体(Y₃Al₅O₁₂：Ce³⁺)制造的白色LED在发光效率方面是优异的并且非常经济。后者已经商业化并且广泛使用，但是因为白色LED缺少红光而难以获得80或更高的显色指数。因而，已经尝试通过将新开发的红色磷光体与现有的黄色磷光体混合而得到接近自然光的白色光，但存在如下问题：红色磷光体化学上不稳定，或者尽管增加所施加的电流，但是光发射仍不增加。

因为最近已经开发了具有优异特性的量子点合成方法，所以已经进行了对通过将红色量子点与黄色磷光体一起封装在蓝色LED芯片上的研究(Adv.Mater.2008，20，2696)。这些量子点在疏水性溶液中合成，并且由此合成的量子点由于键合到表面的有机配体而具有长脂肪族碳链(C₁₀至C₁₈)并且对于广泛用于LED封装的具有苯基的有机硅聚合物具有差的亲合性。得到的白色LED示出了改进的显色指数(90.1)，但是由于折射率的变化和团聚导致发光效率的降低(14lm/W)。

有机硅聚合物大致分为具有苯基和烷基作为官能团的有机硅聚合物，具有苯基的有机硅聚合物由于优异的物理和化学性质而是优选的。然而，即使当用前述有机配体保护的红色量子点和黄色磷光体与具有烷基的有机硅聚合物混合以进行在蓝色LED芯片上的封装时，红色量子点由于10nm或更小的纳米尺寸效应而团聚，因此导致发光效率的降低。

仅供参考，当在LED芯片上封装红色磷光体和前述黄色磷光体时，显色指数和发光效率具有折衷关系，因而需要使折衷为适当地满足两个数值的水平，因为数值的特征在于如果一个数值改进了，则另一数值劣化，期望地是当白色LED具有80或更高的显色指数以及40lm/W或更高的发光效率时可以制造经济上可行的白色LED。

同时，也存在如下情况：制备随机且不规则地嵌入二氧化硅基体的荧光复合材料以增加在显示领域中量子点的物理和化学稳定性，并且使用该复合材料用于制造显示器件(日本专利申请公开特许公报第P2001-323262A号，11月22日，2001年)。

除了前述荧光复合材料之外，本发明人在二氧化硅珠上在径向上相同的距离处设置量子点层，并且在量子点层上形成薄的二氧化硅壳以发明也称为SQS的荧光纳米复合材料(韩国专利第10-1083006号，11月7日，2011年)。在SQS中，量子点受到很好的保护以在二氧化硅珠的接近二氧化硅珠表面的内部均匀分布，由于这些结构特征，所以物理和化学稳定性也优异并且荧光强度增强为量子点本身的荧光强度的2倍至6倍。此外，量子点比前述用有机配体保护的量子点大10倍，因而由于不太频繁发生团聚所以容易处理。由于尝试通过将前述SQS与有机硅聚合物混合来进行LED封装，所以SQS对于有机硅聚合物的亲合性增强得大于量子点对于有机硅聚合物的亲合性，但是仍然不足够，因而未能获得足以满足显色指数和发光效率二者的数值。

为了在LED芯片上进行磷光体封装，使用该磷光体同时用有机硅聚合物固化，并且在有机硅聚合物之中，具有苯基作为侧支链的有机硅聚合物由于其最好的物理和化学特性所以是特别优选的。然而，日本专利的随机且不规则地嵌入二氧化硅基体的荧光复合材料或本发明人开发的诸如韩国专利的SQS的荧光纳米复合材料相比于疏水性量子点具有对于有机硅聚合物的增强的亲合性，但是仍不足够。因此，从LED芯片发射的光被折射且散射，从而降低了发光效率。

因此，迫切需要一种当封装在LED芯片上时由于对于有机硅聚合物的良好亲合性而提供优异显色指数和发光效率同时确保荧光材料本身的物理和化学稳定性的荧光纳米复合材料。

发明内容

因此，详细说明的一个方面是提供一种在LED芯片上由于对于有机硅聚合物的良好亲合性而呈现出优异显色指数和发光效率同时确保荧光材料本身的物理和化学稳定性的表面改性的荧光纳米复合材料。