高效蓝光量子点的合成及白光LED应用研究
发布时间：2021-02-14 01:52
发光二极管（light-emitting diodes,LEDs）作为二十一世纪的光明使者,具有能耗低、体积小、寿命长以及环境友好的优点,广泛应用于显示与照明等领域。量子点（quantum dots,QDs）是一类纳米级低维半导体材料的总称,具有激发波长范围宽、发射波长可连续调控、荧光发射峰窄且对称等优点,被认为是新一代最有潜力的荧光粉材料。传统QDs含有重金属元素,限制了其发展与应用。以硫、碳为原料的纯元素QDs具有无毒、生物相容性好等优点而被广泛应用于细胞成像、分析检测、显示照明等领域。然而,它们依然存在着诸多缺点和不足,例如稳定性、发光颜色调控性能以及大规模合成能力有待提高。硫量子点（SQDs）具有原料来源广,储量丰富、抗菌等众多优点,合成步骤复杂、冗长,荧光量子产率偏低（3.8%）等缺陷限制了在白光LED上的应用。碳点（CDs）具有稳定、无毒、制备方法简单等优点,多种发光性能优良的CDs可以通过液相法合成。然而,其光电器件应用受限于严重的聚集诱导的发光猝灭效应（ACQ）。本论文针对以上问题,从材料合成角度出发,解决蓝光SQDs与CDs应用于白光LED面临的关键科学问题,获得了高...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电光源的发展历程
第一章前言3由两部分构成即P型半导体与N型半导体，两部分结合之后在接触部位形成一个PN节，基于PN节的性质，施加一个正向电压，位于N区的高能电子就能够穿过节点到达P区的电子空穴，高能电子与空穴的结合会损失部分的能量，这部分能量会以光的形式释放出来，LED二极管结构图如图1-2所示[8,9]。正是其发光机理的原因，LED光源的发光效率较高，热辐射较少。就耗电量来说，日常照明中12W的LED光源与100W的白炽灯泡的耗电量相当，另外LED光源的使用寿命几乎是白炽灯泡的4倍，在使用过程中能节省大量资金。在全球资源紧张的境况下，节能减排势在必行。相关研究表明，当LED的发光效率达到150lm/W时，仅照明用电将会为我国节省约3400亿度，相当于四个三峡发电站的发电总量[10,11]。由于白光LED具有以上优点，许多国家都颁布了相关政策支持白光LED的发展研究。日本推出了“21世纪照明计划”，争取到今年也就是2020年实现取代50%的白炽灯和全部的荧光灯。美国则推出了“下一代照明计划”，该计划共计10年，总计耗费资金达到5亿美元。韩国则推出了“固态照明计划”用来促进绿色增长。我国也相继出台了相关政策以支持白光LED的发展，如“国家半导体照明计划”、“十城万盏”[12]。图1-2LED的发光原理示意图Fig1-2SchematicdiagramofLED`sluminousprinciple1.3白光LED的构建白光LED的构建形式有多种，但都是基于三基色原理构建的如图1-3所示[13]。
河北大学硕士学位论文4图1-3白光LED构建的三种方案Fig1-3ThreeschemesofwhiteLEDconstruction第一种多芯片型，多芯片型白光LED的构建其原理也是基于三基色混合出白光。制备过程中并没有使用荧光粉，而直接通过红、绿、蓝三基色LED芯片组合构建出白光LED器件[14]。早期由于蓝光LED芯片的研究一直是一个世界性难题，缺少蓝光这一重要发光波段白光LED无法被构建[15,16]。1994年，美国科学家中村修二和日本科学家天野浩、赤崎勇发明了蓝光LED[17]。这是突破性的研究进展，使得白光LED的构建成为可能，中村修二等人也因此而获得了2014年的诺贝尔化学奖。虽然蓝光LED研制成功，但是直接使用多芯片构建白光LED仍具有很大的挑战，仅在LED组装方面就存在以下两大难题：首先是LED芯片发热问题，LED芯片在使用过程中会有80%的能量会以热能的形式散发出来，到目前为止还没有很好的方法可以有效解决多芯片白光LED散热的问题。其次就是不同发光颜色的LED芯片其发光强度、温度特性不统一，这就给多芯片LED的设计、工业生产带来了许多问题，导致生产成本过高，而且LED芯片的发射峰比较窄，致使发射光谱在可见光波段出现缺失，从而影响器件的实际应用性能[13]。第二种单芯片型，单芯片型白光LED其实际是一种光致发光型白光LED，即在单一芯片上覆盖一层下转换荧光粉，从而发射出白光。这与传统的荧光灯的构建原理相同，都需要荧光粉的辅助，混合调制出白光。根据单芯片类型的不同又被分为以下两种：（1）蓝光芯片基白光LED。这是目前已经商业化的构建方案，即采用蓝光芯片与可以被蓝光有效激发的黄光荧光粉结合[15,18]。目前商业LED产品中采用的黄光荧光粉通常为钇铝石榴石荧光粉，但钇铝石榴石荧光粉中的黄光发射主要来源稀土掺杂离子
【参考文献】：
期刊论文
[1]全光谱白光研究进展[J]. 柳丝婉,韩秋漪,李福生,张善端. 光源与照明. 2019(02)
[2]Bi1-xEuxPO4纳米荧光粉的制备、晶相调控及发光性能[J]. 郑云龙,赵明磊,李莉萍,李广社,张喜田. 高等学校化学学报. 2014(05)
[3]国家半导体照明工程进展[J]. 阮军. 照明工程学报. 2012(S1)
博士论文
[1]近紫外和蓝光激发的镥基氧化物发光材料的制备与发光特性研究[D]. 张晟.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]钨/钼酸盐基LED白光荧光粉的制备与发光性质研究[D]. 吴宏越.吉林大学 2019
[3]不同波长LED光对晶状体影响的初步研究[D]. 刘铁刚.天津医科大学 2019
[4]新型量子点发光二极管的制备和研究[D]. 孙春.吉林大学 2017
[5]荧光碳纳米颗粒制备及其白光转换应用研究[D]. 郑学刚.曲阜师范大学 2015
[6]近紫外激发白光LED用荧光粉的制备和发光性能的研究[D]. 刘红利.太原理工大学 2013
[7]白光LED用荧光粉的制备与性能研究[D]. 李广环.吉林大学 2012
[8]白光LED用荧光材料的制备与性能研究[D]. 严小松.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]NaGd（WO4）2:Ln3+（Ln=Tb,Dy,Sm,Eu）多色荧光粉的可控合成及发光性能研究[D]. 孙庆琳.河北大学 2019
本文编号：3032928
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电光源的发展历程
第一章前言3由两部分构成即P型半导体与N型半导体，两部分结合之后在接触部位形成一个PN节，基于PN节的性质，施加一个正向电压，位于N区的高能电子就能够穿过节点到达P区的电子空穴，高能电子与空穴的结合会损失部分的能量，这部分能量会以光的形式释放出来，LED二极管结构图如图1-2所示[8,9]。正是其发光机理的原因，LED光源的发光效率较高，热辐射较少。就耗电量来说，日常照明中12W的LED光源与100W的白炽灯泡的耗电量相当，另外LED光源的使用寿命几乎是白炽灯泡的4倍，在使用过程中能节省大量资金。在全球资源紧张的境况下，节能减排势在必行。相关研究表明，当LED的发光效率达到150lm/W时，仅照明用电将会为我国节省约3400亿度，相当于四个三峡发电站的发电总量[10,11]。由于白光LED具有以上优点，许多国家都颁布了相关政策支持白光LED的发展研究。日本推出了“21世纪照明计划”，争取到今年也就是2020年实现取代50%的白炽灯和全部的荧光灯。美国则推出了“下一代照明计划”，该计划共计10年，总计耗费资金达到5亿美元。韩国则推出了“固态照明计划”用来促进绿色增长。我国也相继出台了相关政策以支持白光LED的发展，如“国家半导体照明计划”、“十城万盏”[12]。图1-2LED的发光原理示意图Fig1-2SchematicdiagramofLED`sluminousprinciple1.3白光LED的构建白光LED的构建形式有多种，但都是基于三基色原理构建的如图1-3所示[13]。
河北大学硕士学位论文4图1-3白光LED构建的三种方案Fig1-3ThreeschemesofwhiteLEDconstruction第一种多芯片型，多芯片型白光LED的构建其原理也是基于三基色混合出白光。制备过程中并没有使用荧光粉，而直接通过红、绿、蓝三基色LED芯片组合构建出白光LED器件[14]。早期由于蓝光LED芯片的研究一直是一个世界性难题，缺少蓝光这一重要发光波段白光LED无法被构建[15,16]。1994年，美国科学家中村修二和日本科学家天野浩、赤崎勇发明了蓝光LED[17]。这是突破性的研究进展，使得白光LED的构建成为可能，中村修二等人也因此而获得了2014年的诺贝尔化学奖。虽然蓝光LED研制成功，但是直接使用多芯片构建白光LED仍具有很大的挑战，仅在LED组装方面就存在以下两大难题：首先是LED芯片发热问题，LED芯片在使用过程中会有80%的能量会以热能的形式散发出来，到目前为止还没有很好的方法可以有效解决多芯片白光LED散热的问题。其次就是不同发光颜色的LED芯片其发光强度、温度特性不统一，这就给多芯片LED的设计、工业生产带来了许多问题，导致生产成本过高，而且LED芯片的发射峰比较窄，致使发射光谱在可见光波段出现缺失，从而影响器件的实际应用性能[13]。第二种单芯片型，单芯片型白光LED其实际是一种光致发光型白光LED，即在单一芯片上覆盖一层下转换荧光粉，从而发射出白光。这与传统的荧光灯的构建原理相同，都需要荧光粉的辅助，混合调制出白光。根据单芯片类型的不同又被分为以下两种：（1）蓝光芯片基白光LED。这是目前已经商业化的构建方案，即采用蓝光芯片与可以被蓝光有效激发的黄光荧光粉结合[15,18]。目前商业LED产品中采用的黄光荧光粉通常为钇铝石榴石荧光粉，但钇铝石榴石荧光粉中的黄光发射主要来源稀土掺杂离子
【参考文献】：
期刊论文
[1]全光谱白光研究进展[J]. 柳丝婉,韩秋漪,李福生,张善端. 光源与照明. 2019(02)
[2]Bi1-xEuxPO4纳米荧光粉的制备、晶相调控及发光性能[J]. 郑云龙,赵明磊,李莉萍,李广社,张喜田. 高等学校化学学报. 2014(05)
[3]国家半导体照明工程进展[J]. 阮军. 照明工程学报. 2012(S1)
博士论文
[1]近紫外和蓝光激发的镥基氧化物发光材料的制备与发光特性研究[D]. 张晟.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]钨/钼酸盐基LED白光荧光粉的制备与发光性质研究[D]. 吴宏越.吉林大学 2019
[3]不同波长LED光对晶状体影响的初步研究[D]. 刘铁刚.天津医科大学 2019
[4]新型量子点发光二极管的制备和研究[D]. 孙春.吉林大学 2017
[5]荧光碳纳米颗粒制备及其白光转换应用研究[D]. 郑学刚.曲阜师范大学 2015
[6]近紫外激发白光LED用荧光粉的制备和发光性能的研究[D]. 刘红利.太原理工大学 2013
[7]白光LED用荧光粉的制备与性能研究[D]. 李广环.吉林大学 2012
[8]白光LED用荧光材料的制备与性能研究[D]. 严小松.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]NaGd（WO4）2:Ln3+（Ln=Tb,Dy,Sm,Eu）多色荧光粉的可控合成及发光性能研究[D]. 孙庆琳.河北大学 2019
本文编号：3032928
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