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量子点在LED中发光可控性的研究

【摘要】:半导体量子点因其独有的量子尺寸效应,而具有吸收范围广、发光波长随尺寸变化可调、发光效率高等独特光电特性,可用于替代发光展宽明显的传统荧光粉,在照明和显示应用中优势明显。其中硒化镉(CdSe)量子点的研究目前最为成熟,具有半峰宽窄、发光范围广(覆盖可见光区域)、量子产率高等优点,同时合成成本相对较低,为目前量子点在LED应用中的主流材料。目前CdSe量子点的合成中因为影响因素过多,导致尺寸重复性较差,发光波长可控性不佳的问题,并最终造成实际应用中原材料浪费、成本升高。本文首先针对这一问题展开研究,探索在量子点生长过程中通过表面修饰精确控制量子点尺寸的方法。研究过程中发现少量弱配体三辛基膦(TOP)会促使CdSe量子点在短时间快速生长后进入到“尺寸恒定”状态(即量子点尺寸不随配体量和时间改变)。通过针对配体分子结构和反应动力学的深入研究,发现了配体TOP在反应进程中转换生成强配体三辛基氧膦(TOPO)对量子点进行原位修饰的机理,并进一步验证形成的“尺寸恒定”状态仅与反应温度相关,量子点的发射波长与反应温度呈近似线性关系,并推导出量子点尺寸R_c与温度T之间的函数关系:1/R~2_C=m+K~*_DT最终结合理论分析和实验验证,通过配体原位转换机制实现了量子点的精确可控生长,并在亚纳米尺度下对量子点发光波长的线性调控。其次,基于合成出的波长精确可控的量子点,进一步针对其在LED封装中的团聚造成的发光波长失控问题,参与了量子点与主要封装材料有机硅的相容性研究。通过将同组成员在量子点表面进行有机硅锌(Zn-PDMS)修饰的方法引入量子棒,对量子棒进行修饰以提高其在硅胶中的相容性,合成了发光光谱一致性好、效率高的量子棒/硅树脂复合材料,并用于LED封装。最后针对传统LED照明中红光区发光展宽造成的荧光效率与显色指数难以调和的问题,提出采用复合量子点/量子棒荧光材料在红光区域(590-650 nm波长范围)的日光光谱拟合方案,得到了红光区流明效率损失少,整体效率高、且发光光谱与日光光谱高度近似的LEDs。综上对于量子点尺寸精确控制、表面修饰提高LED封装相容性以及复合量子点日光光谱拟合的系统研究可望有效推动量子点在LED照明和显示中的应用发展。

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