[发明专利]金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料、制备方法及其在LED封装中的应用

说明书

技术领域

本发明属于LED封装材料技术领域，具体涉及一种金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料、制备方法及其在LED封装中的应用。

背景技术

发光二极管(Light－Emitting Diode)，简称LED，由含镓、砷、磷、氮等的化合物制备而成，被称为第四代光源，具有体积小，电压低，使用寿命长，电光转化效率高，启动无延时和反复开关无损寿命等优点，被广泛用于LED显示屏，液晶屏幕背光源，信号指示以及日常照明等领域。而白光LED主要有两部分组成：1、以InGaN晶体为主体的LED芯片作为发光源，其经过多年的发展，发光颜色从紫外可见到红外区可调，使用寿命长，生产成本不断下降，现已具备商业价值；2、以稀土和半导体材料为主的颜色转换层，颜色转化层吸收部分LED芯片发出的光作为激发光，激发材料本身发射出其他颜色的荧光，发光源与激发光混合即得到白光。作为发光源的LED芯片主要有两种：一种是蓝光(450～470nm)芯片，一种是紫外光(365～395nm)芯片。以紫外光芯片作为光源的白光LED器件，由于光谱特性较佳，光谱覆盖范围更广，受到了广泛的关注。

现今颜色转换层的荧光材料以稀土掺杂材料为主，但由于稀土金属的稀缺且价格昂贵，这限制了白光LED的进一步发展。半导体量子点也被尝试应用于LED颜色转换层，但其通常会带来重金属污染且成本仍然较高。所以发展一种新型低成本环境友好的荧光材料具有很重大的实际意义。

荧光金属纳米簇作为一种新型的荧光材料，其尺寸介于纳米粒子和原子之间，具有类似于分子的荧光性质，近几年受到了广泛的关注。将铜纳米簇组装为片状结构使其光学性质更稳定，得到了蓝绿光荧光粉(500nm)；用金掺杂铜纳米簇自组装材料使其荧光红移得到了黄光、橙光和红光等颜色荧光粉(605nm，617nm，666nm)。通过控制掺杂比例，使荧光粉荧光光谱从蓝光到红光连续可调。特别是铜元素地壳含量高，且价格低廉，使该方法制备的荧光粉有较大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料、制备方法及将自组装荧光材料应用在高显色性白光LED的封装中，作为颜色转换层(封装材料是由荧光粉和聚合物混合而成，由于其混有聚合物，能使LED发光颜色由GaN发出的紫外光转变为白光，我们也把封装层叫做颜色转换层)。该自组装荧光材料是通过铜纳米簇自组装而成，又在其中掺入了金元素(金元素占总金属元素摩尔比的0.003％～80％，通过掺杂得到了荧光颜色连续可调的荧光粉。由于该自组装荧光材料制备方法简单、快速，原料成本低廉，工艺无污染，荧光颜色可调且量子产率高，稳定性好，同时，该荧光材料尺寸较大，混合后不易发生能量转移，因此该自组装荧光材料可以应用于高显色性白光LED的制备等领域。

本发明采用胶体化学方法，成功制备了金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料，将铜纳米簇进行二维取向的有序组装，得到了具有蓝绿色的荧光铜纳米簇二维组装材料；在蓝色荧光的铜纳米簇组装体中掺入金，引入缺陷，使组装体荧光红移，通过控制掺入金的量来调控红移的幅度最终得到了黄光、橙光和红光的荧光粉，并且材料的荧光量子效率随着金元素的掺入得到了较高的提升。

本发明所述的金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料的制备方法，具体步骤如下：

1)首先将氯化铜加入到装有液体石蜡和极性油溶性溶剂的反应容器中，液体石蜡和极性油溶性溶剂的体积比为0.2～10：1，氯化铜的质量浓度为0.05％～2％，不断搅拌；然后将浓度为0.001～100mg/mL的氯金酸溶液加入到氯化铜溶液中，氯金酸与氯化铜的摩尔比为0.00003～4：1，制备氯金酸溶液的溶剂为与前面所述相同的极性油溶性溶剂；最后缓慢加入还原剂，还原剂摩尔用量与金和铜元素总摩尔用量的比为10～100：1；在不断搅拌的条件下将反应体系维持在30～80℃下反应0.5～10h，即得到具有荧光性质的金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料悬浊液；

2)将步骤(1)得到的悬浊液与三氯甲烷、丙酮按体积比1：1～2：2～6的比例混合，混合混匀后以3000～8000r/min离心3～10min，之后再重复该离心步骤2～3次，晾干后即得到本发明所述的金掺杂的铜纳米簇自组装荧光材料。

进一步地，步骤(1)所述的与液体石蜡共混的极性油溶性溶剂为二苄醚、二苯醚、苯甲醚、苯乙醚、苯甲酸乙酯、苯甲酸异戊酯、马来酸二甲酯、十八烯、十四烯。

进一步地，步骤(1)所述的氯化铜是二水合氯化铜或无水氯化铜是固体粉末，或是浓度为10～50mg/mL的四氢呋喃(纯度为97％以上)溶液。