【摘要】：隨著量子點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,量子點(diǎn)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(shì)。以CdSe為核的量子點(diǎn)材料發(fā)光光譜涵蓋大部分可見(jiàn)光區(qū),配合藍(lán)光GaN芯片易于制成白光LED,但含有Cd重金屬元素,不符合無(wú)毒綠色環(huán)保等更高要求,所以研究了以ZnCuInS為核的量子點(diǎn)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(diǎn)、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(diǎn)白光LED做對(duì)比分析。細(xì)致研究了量子點(diǎn)熒光粉白光LED的發(fā)光機(jī)理,制備了四種不同類型的典型LED器件,通過(guò)實(shí)際電路說(shuō)明量子點(diǎn)LED在可見(jiàn)光通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景。主要工作有以下五個(gè)部分:1.研究膠體量子點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和熒光輻射機(jī)理。利用有效質(zhì)量近似理論,構(gòu)建了膠體量子點(diǎn)中的激子模型,并給出激子系統(tǒng)的哈密頓量。對(duì)球形膠體量子點(diǎn)結(jié)構(gòu),在無(wú)限深和有限深勢(shì)阱模型條件下,推導(dǎo)得出激子的能級(jí)結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步推導(dǎo)出電子和空穴庫(kù)倫作用能量,形成膠體量子點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)。以CdSe和PbSe、CuInS2和CuInSe2膠體量子點(diǎn)為例,計(jì)算出禁帶寬度和電子結(jié)構(gòu)。分析總結(jié)了膠體量子點(diǎn)熒光輻射特性以及非輻射能量轉(zhuǎn)移的機(jī)制。2.研制出基于CdSe/CdS/ZnS核/殼/殼量子點(diǎn)熒光粉的白光LED。通過(guò)熱注射方法合成出有機(jī)相CdSe/CdS/ZnS核/殼/殼量子點(diǎn),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(shù)脂膠并形成紅色和綠色熒光粉,涂敷在藍(lán)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(diǎn)熒光粉,白光LED從冷白色(色坐標(biāo)(0.283,0.289),色溫9630K)變化至暖色偏黃(色坐標(biāo)(0.367,0.367),色溫4320K);研究了不同LED供電電壓對(duì)其色坐標(biāo)和色溫影響,當(dāng)工作電壓從2.8V提高到3.2V時(shí),其色坐標(biāo)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(shuō)明CdSe/CdS/ZnS核/殼/殼量子點(diǎn)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(diǎn)熒光粉的白光LED。通過(guò)高溫注射法合成無(wú)毒的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/殼/殼量子點(diǎn),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(guò)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(diǎn)復(fù)合機(jī)制與缺陷能級(jí)有關(guān),并通過(guò)溫度特性實(shí)驗(yàn)加以證明�；旌宵S色發(fā)光的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/殼/殼量子點(diǎn)和EP-3400膠,形成了黃色熒光粉,旋涂在藍(lán)色452nmGaNLED芯片的表面,通過(guò)藍(lán)黃色互補(bǔ)形成白光LED,研究了工作電壓在2.5至3.2V變化時(shí),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(diǎn)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)白光LED。通過(guò)Klimov方法合成液態(tài)ZnCuInS/ZnS量子點(diǎn),發(fā)光峰為(黃色)583nm,置于藍(lán)光GaN發(fā)光LED頂部,黃色與藍(lán)色混合形成白光。在2.8V激發(fā)時(shí),該LED色坐標(biāo)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(diǎn),混合在BIDE6321紫外膠中,和YAG熒光粉,依次涂敷在460nmGaN藍(lán)光LED芯片上,形成固態(tài)混合結(jié)構(gòu)的LED。同時(shí)制備了AgInS2液態(tài)形式的白光LED,固態(tài)和液態(tài)AgInS2量子點(diǎn)LED對(duì)比發(fā)現(xiàn),同等條件下液態(tài)LED的發(fā)光強(qiáng)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(diǎn)白光LED作為可見(jiàn)光無(wú)線通信的信號(hào)發(fā)射端。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單發(fā)射和接收電路,測(cè)試ZnCuInS量子點(diǎn)LED和YAG熒光粉LED帶寬特性,測(cè)得ZnCuInS量子點(diǎn)LED帶寬為4.1MHz,明顯優(yōu)于YAG熒光粉LED,證明了其在可見(jiàn)光無(wú)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(diǎn)和小分子溶液對(duì)比圖1.1.2 量子點(diǎn)特性由于量子點(diǎn)材料中載流子運(yùn)動(dòng)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(jí)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(diǎn)的吸效應(yīng)，，即使量子點(diǎn)是完全相同的同一種材料點(diǎn)因?yàn)槌叽绲牟煌矔?huì)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(diǎn)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(gè)納米顆粒
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.8

【參考文獻(xiàn)】

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2 黃玉剛;朱祖釗;李光吉;陳旭東;;Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體量子點(diǎn)及其聚合物納米復(fù)合材料的制備[J];合成材料老化與應(yīng)用;2008年03期

3 張立德,牟季美;物理學(xué)與新型(功能)材料專題系列介紹(Ⅲ) 開(kāi)拓原子和物質(zhì)的中間領(lǐng)域──納米微粒與納米固體[J];物理;1992年03期

本文編號(hào)：2574294