新型量子点发光二极管的制备和研究

发布时间：2018-02-10 21:09

本文关键词： 发光二极管钙钛矿量子点碳点碳点发光机理锌铜铟硫量子点聚合物点　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本课题来源于国家杰出青年科学基金项目“半导体纳米材料制备和量子点光电器件”,项目编号:61225018,国家自然科学基金“高效碳量子点白光LED的制备及关键问题的研究”,项目编号:61475062,国家自然科学基金“高效无机钙钛矿量子点发光二极管的制备及关键问题的研究”,项目编号:61675086和国家自然科学基金,“Zn Cu In S/Zn S量子点LED的关键问题研究”,项目编号:61106039。发光二极管(light-emitting diodes,LEDs)被广泛应用于照明和显示领域。随着科技的发展,LED的功耗不断降低,亮度不断提高。而量子点(quantum dots,QDs)作为最有前景的LED荧光粉,发展非常迅速。最近几年,新型量子点材料:钙钛矿量子点和碳点,受到人们的广泛关注,在激光、催化、电池和生物方面都有广泛的应用,然而其在LED应用上还存在着各种各样的问题。钙钛矿量子点在效率、半峰宽、制备方法等方面优于传统的镉族量子点,但其稳定性较差。碳点虽然具有无毒、稳定、制备方法简单等优点,但是存在固态淬灭问题,以及缺失红光等问题,不利于制备高显色指数的白光发光二极管(white light-emitting diodes,WLED)器件。本文针对以上的问题,从材料合成和器件制备角度出发,对新型量子点的性质进行分析,研究出具体的解决方法,制备出高效稳定的LED,具体成果如下:(1)通过将量子点包覆到二氧化硅中得到了稳定的无机钙钛矿量子点粉末。所制备的量子点/二氧化硅复合材料不仅具有高量子产额(quantum yield,QY),而且还具有窄的发光峰。二氧化硅基质避免了钙钛矿量子点与空气、水接触,并且消除了钙钛矿量子点之间的阴离子交换反应,从而提高了钙钛矿量子点的稳定性。通过调节所制备的红光和绿光粉末的比例,制备了色坐标为(0.33,0.33)、发光效率为61.2 lm/W的WLED器件,并且该器件在连续工作10 h后,发光峰仍然非常稳定。此WLED的寿命为227 h,远远高于之前报道的器件寿命,以上均说明钙钛矿材料在显示和照明应用方面有了很大的进步。(2)通过控制烷氧基硅烷的水解速率,合成出发光效率高、透明并且柔性的钙钛矿量子点/凝胶复合物。该凝胶可以长期维持其构型而不出现收缩现象,并且与量子点溶液、钙钛矿粉末相比,稳定性得到明显提升,尤其是在光稳定性和极性稳定性方面。此外,这种方法易于进行大规模生产来制备大尺寸的凝胶薄膜。此凝胶融合了聚合物薄膜材料的优点,解决了粉末态的光输出不均匀性的问题,使其可以更方便的用于WLED。使用这些量子点/凝胶制备出WLED,器件表现出更宽的色域,在背光显示器应用中具有更优异的性能。(3)利用碳点发光随激发波长变化的特性,通过改变碳点下转换层的厚度和碳点在基质中的浓度,制备出发光颜色为蓝、绿、黄、红的单色LED。单色LED器件的亮度和电流效率分别达到了11890 cd m-2和1.21 cd A-1,明显优于相应的电致发光器件。同样利用这个性质,进一步制作了安全防伪碳点基浮雕图案。(4)碳点无毒、稳定性相对较强,但其发光主要集中在蓝绿光区域,缺失红光,导致WLED显色指数较低。因此用锌铜铟硫(zinc copper indium sulfide,ZCIS)量子点匹配碳点制作出了显色指数高达93、无毒的WLED。调节ZCIS量子点和碳点的比例可以制备出不同色温的高显色指数的WLED。对其光电性能(包括显色指数,CIE色坐标和色温随电流的变化)进行研究,发现由于碳点和ZCIS量子点具有不同的温度淬灭系数,所制备的WLED的色坐标在随电流增加时会出现轻微移动,从(0.321,0.312)移到(0.351,0.32)。(5)创造性的提出了用水溶性聚合物对其进行包裹的方法,用于解决水溶性碳点的固态淬灭问题。并且用相同的方法制备出绿色和红色的聚合物点荧光粉,大幅提升了聚合物点的热稳性。将碳点和聚合物点荧光粉按比例进行混合,制备了高显色指数(85-96)和宽色温变化范围(2805-7786 K)的WLED。这三种荧光粉都只在紫外光谱区域中显示出强吸收,此现象说明再吸收效应较弱,同时无能量传递干扰。因为这三种颜色的荧光粉只吸收紫外光,所以制备的WLED的色温、色坐标等在随电流变化时,基本保持不变,即器件具有十分优异的稳定性。
[Abstract]:The subject is derived from the National Science Foundation for Distinguished Young Scholars , " Preparation of Semiconductor Nanomaterials and Quantum Dot Electro - optic Devices " , Project No . : 61225018 , " Study on the Preparation and Key Problems of High Efficiency Carbon Quantum Dots White LED in National Natural Science Foundation " , Project Number : 61675086 and Key Problems of National Natural Science Foundation , " Zn Cu In S / Zn S Quantum Dot LED " . The light - emitting diodes ( LEDs ) are widely used in the fields of illumination and display . With the development of science and technology , the power consumption of the LED is continuously reduced , and the brightness is continuously improved . The quantum dots / quantum dots are widely used in the fields of laser , catalysis , battery and biology . The light emission peak is still very stable . The lifetime of this WLED is 227 h , which is much higher than that reported previously . The invention provides a method for wrapping the fluorescent powder of a water - soluble carbon point by using a water - soluble polymer , which is used for solving the problem of solid quenching of a water - soluble carbon point .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN312.8

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