[发明专利]利用量子点的LED器件

说明书

技术领域

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

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。

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10nm CdSe量子点在可见光谱的红色区域中发射。

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。

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n₁的第一介质移动到折射率为n₂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R由下式给出：

，                                   （1）

因此，如果在这两种介质的折射率之间存在较大差值，则相当大的一部分光被反射回到第一介质中。此外，临界角（其被定义为在其之上会发生全内反射的入射角）随着折射率的比率的增大（差值减小）而增大（）。

LED芯片是具有从2.4到3.5的折射率的半导体。相比之下，LED的封装（诸如硅酮或环氧树脂）具有从1.5到1.7的折射率。因此，归因于芯片-封装界面处的菲涅耳反射，大部分光被反射回来并由LED芯片吸收。磷（诸如YAG:Ce，其在450nm处具有约1.85的折射率）的添加不会帮助减轻该问题。诸如TiO₂和ZrO₂颗粒之类的氧化物颗粒可以被引入到基质材料中以实现某中间折射率。但是，TiO₂和ZrO₂颗粒的典型直径高于1微米，它比所发射的可见光的波长的10倍更大。因此，TiO₂和ZrO₂颗粒用作散射中心并使光各向同性地散射。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术的缺陷。

本发明的另一目的是提供包含量子点的高效LED照明器件和降低自吸收和菲涅耳反射的可靠装置。

根据一个实施例，提供了一种照明器件。所述照明器件包括光源、设置在所述光源上方的第一发光层、和设置在所述第一发光层上方的第二发光层。所述光源具有源折射率。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。所述第一量子点组分的第一体积分数被布置成使得所述第一发光层的第一有效折射率等于或小于所述源折射率。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。所述第二量子点组分的第二体积分数被布置成使得所述第二发光层的第二有效折射率小于所述第一发光层的第一有效折射率。