论文部分内容阅读
与以往的照明技术相比,白光LED具有体积小、寿命长、效率高、节能环保等诸多优点,是新一代照明光源的首选.目前主流的白光LED,光源来源于蓝光LED芯片激发稀土荧光粉.这种传统的荧光粉转换下的白光LED,由于红光光谱部分的缺失,导致显色指数偏低(通常低于80)、色温偏高(一般高于5000K),使其应用受限.因此,探索低成本、高效且显色指数高的新型荧光材料受到越来越多的关注.量子点(QuantumDots,QDs)是一种新型的半导体荧光材料,具有颗粒尺寸小(可避免光散射问题)、发光峰位可调、色彩饱和度高、可低价溶液加工、荧光效率高等诸多优点,近年来在背光和照明领域形成研究热潮.现阶段镉化合物量子点虽然发展最为成熟,但其高的毒性限制了其应用.因此,量子点作为下转换荧光材料需要在提高其荧光量子产率的同时,减小其毒性,发展新型无毒的量子点材料.CuInS2/ZnS量子点是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族重要的半导体材料,具有低毒、颗粒尺寸小、发光峰位可调、半峰宽较宽等优势.但目前基于CuInS2/ZnS量子点构筑的白光器件,在具有较高显色指数的同时,相关色温高于5000K,不利于人眼的舒适.基于此,本论文的研究思路是利用简单的溶剂热法制备具有高量子产率的红色CuInS2/ZnS量子点.并将合成的CuInS2/ZnS量子点与环氧树脂复合制备荧光转换薄膜,或将红光量子点和商业化绿光荧光粉与树脂混合,通过优化其比例,构建具有低色温,高显色指数的白光. 基于以上的研究思路,本文具体开展了以下三部分工作: (1)高效CuInS2/ZnS量子点溶剂热法的合成及其性能研究 采用溶剂热法,改变铜铟比、成核温度、壳层厚度、油酸用量等影响量子点发光性能的因素,探索最佳的合成条件制备CuInS2/ZnS量子点.得到最佳合成条件为:Cu/In为1∶2,成核温度为180℃,壳层锌源用量为6mmol,油酸用量为4mL.在此条件下合成了尺寸4.8nm左右、荧光量子产率达到85.06%的CuInS2/ZnS量子点.通过稳态-瞬态荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试手段对量子点的结构、形貌、光谱性能等进行表征,结果表明合成的量子点具有优异的荧光性质,为下一步制备高质量的暖白光提供基础. (2)CuInS2/ZnS量子点荧光薄膜的制备及应用 将合成的红光峰位为622nm的CuInS2/ZnS量子点与环氧树脂复合.量子点与环氧树脂复合后,避免直接与空气中水氧的接触,从而提高了自身的稳定性.将制备的具有不同量子点浓度的荧光薄膜与商业化冷白光芯片进行贴合,弥补了传统的白光LED红光区域发光强度不足的缺陷.有效的改善冷白光芯片的色温,相关色温从5563K降低到3685K.并大幅度的提高白光LED的显色性能,显色指数CRI从72提升至90.具体的高显指暖白光的性能参数为:色坐标CIE为(0.367,0.302),显色指数CRI为90,色温CCT为3685K. (3)量子点与荧光粉混合型白光器件的构筑 将合成的红光峰位为619nm的CuInS2/ZnS量子点和商业化的绿光硅酸盐荧光粉(Ba,Sr)2SiO4∶Eu2+混合,均匀的分散在紫外光固化树脂中用于封装,作为光转换层点涂至蓝光GaN芯片上.LED芯片发出的蓝光、荧光粉发出的绿光和量子点发出的红光三种光源叠加后得到白光.研究了紫外光固化树脂与荧光材料(量子点和荧光粉总量)的比例、量子点和荧光粉的比例对白光LED的影响.优化后获取白光LED的最佳性能指标为:色坐标CIE为(0.365,0.375),显色指数CRI为90,色温CCT为4360K.