【摘要】：隨著量子點技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,量子點熒光粉白光LED有可能成為下一代照明光源,具有節(jié)能、環(huán)保、發(fā)光效率高、發(fā)光穩(wěn)定等優(yōu)勢。以CdSe為核的量子點材料發(fā)光光譜涵蓋大部分可見光區(qū),配合藍光GaN芯片易于制成白光LED,但含有Cd重金屬元素,不符合無毒綠色環(huán)保等更高要求,所以研究了以ZnCuInS為核的量子點熒光粉材料,制成固態(tài)白光LED。為了研究液態(tài)LED特性,制備了液態(tài)ZnCuInS/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)白光LED;制備了液態(tài)AgInS2量子點、利用YAG熒光粉混合形成白光液態(tài)LED,并與固態(tài)AgInS2量子點白光LED做對比分析。細致研究了量子點熒光粉白光LED的發(fā)光機理,制備了四種不同類型的典型LED器件,通過實際電路說明量子點LED在可見光通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。主要工作有以下五個部分:1.研究膠體量子點的電子結(jié)構(gòu)和熒光輻射機理。利用有效質(zhì)量近似理論,構(gòu)建了膠體量子點中的激子模型,并給出激子系統(tǒng)的哈密頓量。對球形膠體量子點結(jié)構(gòu),在無限深和有限深勢阱模型條件下,推導(dǎo)得出激子的能級結(jié)構(gòu),并進一步推導(dǎo)出電子和空穴庫倫作用能量,形成膠體量子點的電子結(jié)構(gòu)。以CdSe和PbSe、CuInS2和CuInSe2膠體量子點為例,計算出禁帶寬度和電子結(jié)構(gòu)。分析總結(jié)了膠體量子點熒光輻射特性以及非輻射能量轉(zhuǎn)移的機制。2.研制出基于CdSe/CdS/ZnS核/殼/殼量子點熒光粉的白光LED。通過熱注射方法合成出有機相CdSe/CdS/ZnS核/殼/殼量子點,發(fā)光峰分別是615nm紅光和545nm綠光。在真空環(huán)境下,利用超聲波處理技術(shù),混合OE6630型AB硅樹脂膠并形成紅色和綠色熒光粉,涂敷在藍色GaN芯片上,形成復(fù)合白光LED。研究了不同組分特性,適當(dāng)增加紅色和綠色量子點熒光粉,白光LED從冷白色(色坐標(0.283,0.289),色溫9630K)變化至暖色偏黃(色坐標(0.367,0.367),色溫4320K);研究了不同LED供電電壓對其色坐標和色溫影響,當(dāng)工作電壓從2.8V提高到3.2V時,其色坐標從(0.341,0.384)變化至(0.285,0.285),色溫從5210K升高至9620K;研究了LED器件工作電壓在2.8V的穩(wěn)定性。說明CdSe/CdS/ZnS核/殼/殼量子點作為白光LED光轉(zhuǎn)換熒光粉是可行的。3.研制出基于ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/殼/殼量子點熒光粉的白光LED。通過高溫注射法合成無毒的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/殼/殼量子點,直徑分別為2.3nm、2.7nm和3.2nm,發(fā)光峰分別為(綠色)545nm、(黃色)583nm和(紅色)611nm。通過吸收和光致發(fā)光光譜表征發(fā)現(xiàn)有約400meV斯托克斯位移,分析原因可能是量子點復(fù)合機制與缺陷能級有關(guān),并通過溫度特性實驗加以證明。混合黃色發(fā)光的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/殼/殼量子點和EP-3400膠,形成了黃色熒光粉,旋涂在藍色452nmGaNLED芯片的表面,通過藍黃色互補形成白光LED,研究了工作電壓在2.5至3.2V變化時,該白光LED發(fā)光光譜特性和熱效應(yīng)。4.研制出液態(tài)ZnCuInS/ZnS量子點補償結(jié)構(gòu)白光LED。通過Klimov方法合成液態(tài)ZnCuInS/ZnS量子點,發(fā)光峰為(黃色)583nm,置于藍光GaN發(fā)光LED頂部,黃色與藍色混合形成白光。在2.8V激發(fā)時,該LED色坐標為(0.3796,0.3284),顯色指數(shù)77,色溫3567K。制備了發(fā)光峰為640nm紅光的AgInS2量子點,混合在BIDE6321紫外膠中,和YAG熒光粉,依次涂敷在460nmGaN藍光LED芯片上,形成固態(tài)混合結(jié)構(gòu)的LED。同時制備了AgInS2液態(tài)形式的白光LED,固態(tài)和液態(tài)AgInS2量子點LED對比發(fā)現(xiàn),同等條件下液態(tài)LED的發(fā)光強度提高約40%、發(fā)光效率提高大于10%、穩(wěn)定性提高3倍以上。5.將ZnCuInS量子點白光LED作為可見光無線通信的信號發(fā)射端。設(shè)計簡單發(fā)射和接收電路,測試ZnCuInS量子點LED和YAG熒光粉LED帶寬特性,測得ZnCuInS量子點LED帶寬為4.1MHz,明顯優(yōu)于YAG熒光粉LED,證明了其在可見光無線通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。
【圖文】：

圖 1.1 體相晶體、膠體量子點和小分子溶液對比圖1.1.2 量子點特性由于量子點材料中載流子運動受限明顯，導(dǎo)致半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)有類似于原子的分立能級結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出與相應(yīng)固態(tài)宏觀材料完全不同的光、電特性。(1)量子尺寸效應(yīng)

.2 尺寸從 1.2 至 11.5nm 的 CdSe 量子點的吸效應(yīng)，，即使量子點是完全相同的同一種材料點因為尺寸的不同也會發(fā)出不同的熒光。所節(jié)出需要的熒光光譜，如圖 1.3 所示[3]。不同尺紫外燈照射下，發(fā)出不同顏色的熒光。寸的 CdSe/ZnS 核/殼量子點在同一紫外燈激發(fā)[4,5]取決于納米顆粒表面原子數(shù)與整個納米顆粒
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN312.8

【參考文獻】

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1 林以軍;劉文閆;張宇;畢克;張鐵強;馮毅;王一丁;;ZnCuInS/ZnSe/ZnS量子點發(fā)光光譜特性的研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2014年01期

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本文編號：2574294