專利名稱：利用量子點(diǎn)的植物生長(zhǎng)用led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物生長(zhǎng)用LED，其通過(guò)將具有互不相同的粒徑分布的I 5個(gè)量子點(diǎn)粒子組混合來(lái)使用，從而轉(zhuǎn)換成接近于自然光的多種波長(zhǎng)后發(fā)出，因此可代替自然光或補(bǔ)充自然光而應(yīng)用于植物栽培。
背景技術(shù)：
植物通過(guò)碳同化作用而起到向生態(tài)系統(tǒng)生成營(yíng)養(yǎng)素且供給氧的重要作用，其中所述碳同化作用是，葉綠體利用陽(yáng)光由二氧化碳和水合成碳水化合物。這樣，為了提高植物將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能的過(guò)程即光合作用及葉綠作用的效率，需要能夠代替陽(yáng)光的屬于特定區(qū)域的波段的光源。以 往，作為用于植物的生長(zhǎng)及栽培的照明設(shè)備，使用了白熾燈、熒光燈、鹵素?zé)?、高壓鈉燈等，但最近，作為用于減少能量且保護(hù)環(huán)境的代替用，正在開發(fā)植物栽培用半導(dǎo)體發(fā)
光二極管。上述植物栽培用發(fā)光二極管需要根據(jù)植物的生長(zhǎng)特性對(duì)最佳的波段域及亮度的光進(jìn)行調(diào)節(jié)。在韓國(guó)公開專利2003-0005023中公開了以適當(dāng)?shù)谋壤M合多種LED并將多個(gè)LED配置在板上的方法，且在韓國(guó)公開專利2004-0010426中公開了使用遠(yuǎn)紅外線730nm、紅色光660nm、藍(lán)色光450nm的LED燈作為光源的系統(tǒng)。這種現(xiàn)有技術(shù)是作為控制系統(tǒng)用途而開發(fā)的，因此對(duì)于普通的栽培植物的農(nóng)家來(lái)說(shuō)難以使用，且具有投資費(fèi)用對(duì)比有效性的問(wèn)題。存在如上所述的問(wèn)題的原因如下:LED燈雖然以多種用途使用，但通常僅利用一個(gè)發(fā)光物質(zhì)來(lái)制造，具有無(wú)法發(fā)出接近于自然光的多種波長(zhǎng)的光的局限性，且具有由于無(wú)機(jī)物熒光體的發(fā)光效率低、顯色指數(shù)低而導(dǎo)致很難得到自然光的缺點(diǎn)。另一方面，量子點(diǎn)作為納米大小的半導(dǎo)體物質(zhì)，是表示量子限制(quantumconfinement)效應(yīng)的物質(zhì)。若這種量子點(diǎn)從激發(fā)源(excitation source)吸收光達(dá)到能量激發(fā)狀態(tài)，則會(huì)釋放相當(dāng)于量子點(diǎn)的能帶隙(band gap)的能量。因此，若調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的大小或物質(zhì)組成，則可以調(diào)節(jié)能帶隙，從而可以在從紫外線區(qū)域至紅外線區(qū)域的全部區(qū)域內(nèi)發(fā)光。通常，量子點(diǎn)具有數(shù)納米的大小。如上所述，制造量子點(diǎn)的方法如下:可以使用如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉淀(MOCVD,metal organic chemical vapor deposition)或分子束外延(MBE,molecular beam epitaxy)等氣相蒸鍍法,可以優(yōu)選使用化學(xué)濕式合成法。通過(guò)化學(xué)濕式合成法而制造的量子點(diǎn)以膠體狀態(tài)分散在溶劑內(nèi)，因此通過(guò)離心分離從溶劑分離出量子點(diǎn)。如此分離出的量子點(diǎn)在上述所制造的金屬-有機(jī)物前體溶液中分散。此時(shí)，量子點(diǎn)能夠通過(guò)與金屬-有機(jī)物前體的有機(jī)物相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明是為了解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而提出的，其目的在于，提供一種植物生長(zhǎng)用LED，其是通過(guò)將在金屬納米粒子上涂敷有金屬氧化物而成的核殼結(jié)構(gòu)的金屬氧化物-金屬納米粒子和量子點(diǎn)分散在極性溶劑中，并將分散有該極性溶劑的漿料填充在LED元器件所處的槽而制成，在該LED燈中，作為上述量子點(diǎn)，將具有I 5個(gè)互不相同的粒徑的量子點(diǎn)粒子組混合來(lái)使用，由此使從LED發(fā)出的光在透射包括量子點(diǎn)的填充層的同時(shí)轉(zhuǎn)換成能夠提高用于植物栽培的光合作用及葉綠效率的波長(zhǎng)后發(fā)出。解決問(wèn)題的手段本發(fā)明提供一種植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，若調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的大小或物質(zhì)組成，則可以調(diào)節(jié)能帶隙，從而可以在從紫外線區(qū)域至紅外線區(qū)域的全部區(qū)域內(nèi)發(fā)光，并利用這一點(diǎn)對(duì)具有2 5個(gè)互不相同的粒徑分布的量子點(diǎn)進(jìn)行混合而使用，由此使從LED發(fā)出的光在透射包括量子點(diǎn)的填充層的同時(shí)轉(zhuǎn)換成能夠提高用于植物栽培的光合作用及葉綠效率的波長(zhǎng)后發(fā)出，以代替自然光或補(bǔ)充自然光而對(duì)植物進(jìn)行照射。以下，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。在本發(fā)明中，將混合了具有互不相同的粒徑分布的I個(gè) 5個(gè)量子點(diǎn)粒子組的漿料填充在LED元器件所處的槽(glove)之后使其硬化。此時(shí)，特征在于，上述量子點(diǎn)利用核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)，并且為了增加量子點(diǎn)的發(fā)光效率，也可以將量子點(diǎn)涂敷在金屬納米粒子來(lái)制造。更詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)將極性溶劑中所分散的量子點(diǎn)浸潰于高分子中進(jìn)行攪拌，來(lái)制造包括量子點(diǎn)的漿料，并將該漿料填充在槽中制造LED燈，或者為了增加量子點(diǎn)的發(fā)光效率在極性溶劑中攪拌量子點(diǎn)和金屬氧化物，來(lái)制造在金屬氧化物層上涂敷有量子 點(diǎn)的金屬氧化物-金屬納米粒子量子點(diǎn)漿料，并將該漿料填充在槽中制造LED燈。在本發(fā)明中，對(duì)具有互不相同的粒徑分布的I 5個(gè)量子粒子組進(jìn)行混合，因此從LED發(fā)出的光在透射包括量子點(diǎn)的填充層的同時(shí)能夠轉(zhuǎn)換成接近于自然光的波長(zhǎng)后發(fā)出，并且通過(guò)調(diào)節(jié)上述波長(zhǎng)來(lái)提高植物的光合作用及葉綠效率，從而有助于植物生長(zhǎng)，操作費(fèi)用低廉且容易控制，能夠?qū)崿F(xiàn)通用化且適合植物生長(zhǎng)用。本發(fā)明的具有互不相同的粒徑分布的量子點(diǎn)的特征在于，量子點(diǎn)的光致發(fā)光(PL，photoluminescence)峰在450nm 700nm的范圍內(nèi)。若使用上述范圍的量子點(diǎn)，則提高植物的葉綠素作用及光合作用、防治害蟲等，而在植物生長(zhǎng)中通過(guò)復(fù)合作用使生長(zhǎng)率最大限度地提高，更優(yōu)選地，對(duì)包括450nm、510nm、610nm、670nm的范圍的量子點(diǎn)進(jìn)行混合。當(dāng)上述量子點(diǎn)的直徑為Inm 20nm、更優(yōu)選為3nm IOnm時(shí)，能夠使熱穩(wěn)定性及發(fā)光效率最大化。本發(fā)明的量子點(diǎn)的特征在于，選自由如CdS、CdSe, CdTe, ZnS、ZnSe, ZnTe, HgS,HgSe, HgTe之類的I1-VI族化合物半導(dǎo)體納米晶體，如GaN, GaP、GaAs, AIN、A1P、AlAs,InN、InP、InAs之類的II1-V族化合物半導(dǎo)體納米晶體或它們的混合物組成的組；或選自由CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HggZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe 及 HgZnSTe 組成的組；或選自由 GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs,GaInPAs> InAlNP、InAlNAs> InAlPAs 組成的復(fù)合物組。利用將上述量子點(diǎn)分散在極性溶劑中的漿料。此時(shí)，極性溶劑優(yōu)選為水或包含I 5個(gè)碳原子的乙醇,更優(yōu)選為水或包含I 3個(gè)碳原子的乙醇。相對(duì)于100重量份的溶劑，上述極性溶劑及量子點(diǎn)的混合比優(yōu)選為0.01重量份 10重量份，更優(yōu)選為0.1重量份 I重量份。本發(fā)明中的金屬氧化物-金屬納米粒子是指在金屬納米粒子上涂敷有金屬氧化物的物質(zhì)。制造在上述金屬納米粒子上涂敷有金屬氧化物的金屬氧化物-金屬納米粒子的步驟中所使用的金屬納米粒子的大小為5nm 50nm,優(yōu)選為IOnm 30nm。通過(guò)使用上述范圍的金屬納米粒子大小，使從LED芯片(chip)發(fā)出的光在透射量子點(diǎn)的同時(shí)使光重新向芯片的內(nèi)側(cè)射入的反射光等重新向芯片的外側(cè)射出，以有助于使光增加。本發(fā)明中所使用的金屬納米粒子選自由金、鈀、鉬、鎳、鈷、鐵、釕、銀、銅、鎘、銀或包含它們的混合材料組成的組，優(yōu)選為金。這些金屬納米粒子的大小優(yōu)選為5nm 50nm。使用上述范圍的金屬納米粒子的大小的原因如下=WLED芯片發(fā)出的光在透射量子點(diǎn)的同時(shí)使光重新向芯片的內(nèi)側(cè)射入的反射光等重新向芯片的外側(cè)射出，以有助于使光增加。并且，對(duì)于所得到的金屬氧化物涂層而言，其厚度以Inm 50nm為宜，更優(yōu)選為IOnm 30nm。通過(guò)使用上述范圍的金屬氧化物厚度,可以適宜地對(duì)球表面進(jìn)行涂敷。另一方面，作為上述金屬氧化物的種類以二氧化硅、二氧化鈦、氧化ZnO、氧化鋁(Al2O3)、沸石或它們的混合物為宜，可以優(yōu)選使用二氧化硅、沸石、ZnO，可以更優(yōu)選使用二氧化硅。上述金屬納米粒子的表面是通過(guò)用高分子材料來(lái)進(jìn)行涂敷之后、利用堿性水溶液及金屬氧化物前體來(lái)進(jìn)行處理而形成的。在本發(fā)明中，將水溶性高分子涂敷在金屬納米粒子，并在水或有機(jī)溶劑作用下使用堿性溶液和金屬氧化物前體而與上述金屬納米粒子進(jìn)行反應(yīng)，由此進(jìn)行涂敷。涂敷在金屬納米粒子上的上述金屬氧化物層`的厚度可根據(jù)所采用的金屬氧化物前體的量和堿性水溶液的量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。作為優(yōu)選的金屬氧化物的前體，二氧化硅以TEOS為宜，二氧化鈦以異丙醇鈦等金屬醇鹽為宜，但并不局限于此。在本發(fā)明中，金屬和量子點(diǎn)的重量比優(yōu)選為1: 10至1: 500，更優(yōu)選為1: 20至1: 50。通過(guò)上述金屬和量子點(diǎn)的重量比的范圍，具有最能增加亮度的效果。在本發(fā)明中，將規(guī)定范圍的大小分布的量子點(diǎn)涂敷在金屬氧化物層，來(lái)制造LED用納米粒子組，并將具有與包括在上述納米粒子組中的量子點(diǎn)不同的范圍的大小分布的量子點(diǎn)涂敷在金屬氧化物層上，由此制造量子點(diǎn)的大小互不相同的納米粒子組或不同的金屬納米粒子組，并進(jìn)行混合來(lái)實(shí)現(xiàn)漿料化。通過(guò)使上述漿料填充在LED槽并硬化，由此可以制造具有適合植物栽培用的發(fā)光特性的LED燈。同樣地，作為其他實(shí)施方式，上述納米粒子組的種類可具有I 5個(gè)互不相同的大小分布范圍，可以優(yōu)選具有3 5個(gè)互不相同的粒徑分布范圍。將具有不同的上述大小分布的量子點(diǎn)涂敷在無(wú)機(jī)氧化物而制造納米粒子，使用該納米粒子而制造的LED燈可以對(duì)用戶所需的狀態(tài)的發(fā)光特性進(jìn)行控制。在本發(fā)明中，以具有用于植物生長(zhǎng)的發(fā)光特性的方式，將具有510nm PL峰的量子點(diǎn)涂敷在金屬氧化物層上而制造納米粒子組A，將具有550nm PL峰的量子點(diǎn)涂敷在金屬氧化物層而制造納米粒子組B，將具有610nm PL峰的量子點(diǎn)涂敷在金屬氧化物層而制造納米粒子組C，將具有670nm PL峰的量子點(diǎn)涂敷在金屬氧化物層而制造納米粒子組D，并將這些納米粒子組與二氧化硅漿料進(jìn)行混合，并填充在顯示450nm的PL峰的藍(lán)色LED燈中，可以用作制造白色LED的材料。通過(guò)上述組合，能夠得到如下效果:450nm段的最大光合作用及葉綠素作用；510nm段、610nm段的害蟲防治；550nm段的顯現(xiàn)白色發(fā)光；670nm段的發(fā)芽促進(jìn)及最大葉綠素作用。發(fā)明效果本發(fā)明的上述植物生長(zhǎng)用LED根據(jù)與自然光類似的特性代替自然光或補(bǔ)充自然光，來(lái)能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并且不僅具有操作上的費(fèi)用低廉及容易控制的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠應(yīng)用于要求自然光的環(huán)保照明，從而能夠應(yīng)用于多種領(lǐng)域。


圖1示出了混合本發(fā)明的量子點(diǎn)中4種波長(zhǎng)來(lái)測(cè)定的PL數(shù)據(jù)。圖2示出了測(cè)定本發(fā)明LED的PL數(shù)據(jù)的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下，將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。但是，以下實(shí)施例只是為了本發(fā)明而例示的，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于以下實(shí)施例。量子點(diǎn)的制造利用如下的方法制造了具有CdSe核和ZnS殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)納米晶體。將乙酸丙酮鎘(Cadmium2,4-pentanedionate) 1.5g、油酸2g(oleic acid,以下稱為0A)、角藍(lán)燒(Squalane)(或1-十八烯(l-Octadecene,以下稱為ODE)) 50ml放入設(shè)有回流冷凝器的100°C三口燒瓶，并在氮?dú)夥諊率狗磻?yīng)溫度上升至150°C。此時(shí)，以1150rpm速度進(jìn)行攪拌，使得混合物均勻地混合。隨后，將反應(yīng)溫度下降至100°C之后，在真空氛圍下進(jìn)行二次反應(yīng)。結(jié)束反應(yīng)之后，使溫度下降至25°C，再放入油胺(Oleylamine，以下稱為OLA) 20ml，最終制造鎘前體50ml。另外，在氮?dú)夥諊?，將Se粉末2.5g 4.5g溶解于純度為90 %的三辛基膦(TrioctyIphosphine,以下稱為TOP),來(lái)制造Se濃度為2M的Se-TOP絡(luò)合物(complex)溶液 5ml。將所制造的Se-TOP和角鯊?fù)?或1_十八烯，(以下稱為ODE)) 50ml放入設(shè)有回流冷凝器的100°c三口燒瓶，來(lái)準(zhǔn)備硒前體55ml。將二乙基二硫代氨基甲酸鋒(Zincdiethyldithiocarbamate) 3g 和 TOP 20ml、OLA 5ml放入三口燒瓶。此時(shí)，以1150rpm進(jìn)行攪拌，使得混合物均勻地混合，從而準(zhǔn)備硫化鋅(ZnS)前體。將上述所準(zhǔn)備的鎘前體和硒前體混合并注入，在300°C下反應(yīng)10分鐘，得到具有500nm 630nm 的 PL 峰的 CdSe 核(core)。將如此得到的硒化鎘核IOOml和硫化鋅前體25ml混合，并使它們?cè)诜磻?yīng)溫度為120°C 150°C下緩慢地反應(yīng)，從而制造具有510nm 640nm的PL峰的CdSe核-ZnS殼的量子點(diǎn)。向最終排出的反應(yīng)物120ml中添加丙酮IOOml和丁醇IOOml而進(jìn)行離心分離。將除了離心分離的沉淀物之外的溶液的上清液丟棄，并向具有CdSe核和ZnS殼結(jié)構(gòu)的納米晶體的沉淀物中添加己烷30ml進(jìn)行分散。[實(shí)施例1]將利用如上所述的方法來(lái)制造的量子點(diǎn)中PL峰在512nm、552nm、608nm、638nm的量子點(diǎn)分別以0.1g混合，并測(cè)定PL強(qiáng)度，其結(jié)果見(jiàn)圖1。可見(jiàn)，各個(gè)波段量子點(diǎn)的量子產(chǎn)率(quantum yield)存在40% 70%的差異，因此雖然以相同的重量進(jìn)行混合，但PL強(qiáng)度的比例顯示為約0.6: 0.87: I: 0.83的差異。將如此混合的量子點(diǎn)涂敷(dispensing)在具有453nm的發(fā)光波長(zhǎng)的LED芯片上，并在維持120°C的烘箱中硬化I小時(shí)，從而制造了將CdSe/ZnS納米晶體用作發(fā)光體的LED組件(package)。如果使約20mA左右的電流通過(guò)如此制造的二極管，則可以確認(rèn)發(fā)出白色光。察看如此制造的發(fā)光元件的PL數(shù)據(jù)，可以確認(rèn)發(fā)出藍(lán)色(blue)光的453nm波長(zhǎng)的LED芯片波長(zhǎng)與量子 點(diǎn)的各個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)出現(xiàn)(圖2)。
權(quán)利要求
1.一種植物生長(zhǎng)用LED，其通過(guò)將混合了具有互不相同的粒徑分布的I 5個(gè)量子點(diǎn)粒子組的漿料填充在LED元器件所處的槽之后使其硬化來(lái)制造。
2.一種植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述量子點(diǎn)具有在金屬氧化物-金屬納米粒子上涂敷有量子點(diǎn)而成的核殼結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述具有互不相同的粒徑分布的上述量子點(diǎn)的光致發(fā)光峰在450nm 700nm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述量子點(diǎn)選自由如CdS、CdSe, CdTe, ZnS、ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe之類的I1-VI族化合物半導(dǎo)體納米晶體，如GaN, GaP, GaAs, AIN、A1P、AlAs, InN, InP, InAs之類的II1-V族化合物半導(dǎo)體納米晶體或它們的混合物組成的組；或選自由 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS,HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HggZnTe、CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe,CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe 及 HgZnSTe組成的組；或選自由 GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs、InAlPAs 組成的復(fù)合物組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述量子點(diǎn)的大小為Inm 20nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述金屬納米粒子的大小為5nm 50nmo
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述金屬納米粒子選自由金、鈕、鉬、鎳、鈷、鐵、釕、銀、銅、鎘、銀或包含它們的混合材料組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求 2所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述金屬氧化物的厚度為Inm 50nm，所述金屬氧化物為二氧化硅、二氧化鈦、ZnO、Al2O3、沸石或它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述金屬氧化物-金屬納米粒子利用高分子材料對(duì)金屬納米粒子的表面進(jìn)行涂敷之后，利用堿性水溶液及金屬氧化物前體進(jìn)行處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，所述金屬氧化物-金屬納米粒子和量子點(diǎn)的重量比以過(guò)渡金屬和量子點(diǎn)為基準(zhǔn)計(jì)為1: 10至1: 500。
全文摘要
本發(fā)明提供一種植物生長(zhǎng)用LED，其特征在于，若對(duì)量子點(diǎn)的大小或物質(zhì)組成進(jìn)行調(diào)節(jié)則能夠調(diào)節(jié)能帶隙，從而能夠在從紫外線區(qū)域至紅外線區(qū)域的全部區(qū)域內(nèi)發(fā)光，利用這一點(diǎn)對(duì)具有2～5個(gè)互不相同的粒徑分布的量子點(diǎn)粒子組進(jìn)行混合而使用，使得從LED所發(fā)出的光在透射包括量子點(diǎn)的填充層的同時(shí)轉(zhuǎn)換成能夠提高用于植物栽培的光合作用及葉綠效率的波長(zhǎng)后發(fā)出，從而代替自然光或補(bǔ)充自然光而對(duì)植物進(jìn)行照射。
文檔編號(hào)A01G7/00GK103229318SQ201180053332
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者宋鎮(zhèn)沅 申請(qǐng)人:Qd思路訊公司