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随着量子点技术的发展与应用,量子点荧光粉白光LED有可能成为下一代照明光源,具有节能、环保、发光效率高、发光稳定等优势。以CdSe为核的量子点材料发光光谱涵盖大部分可见光区,配合蓝光GaN芯片易于制成白光LED,但含有Cd重金属元素,不符合无毒绿色环保等更高要求,所以研究了以ZnCuInS为核的量子点荧光粉材料,制成固态白光LED。为了研究液态LED特性,制备了液态ZnCuInS/ZnS核/壳结构白光LED;制备了液态AgInS2量子点、利用YAG荧光粉混合形成白光液态LED,并与固态AgInS2量子点白光LED做对比分析。细致研究了量子点荧光粉白光LED的发光机理,制备了四种不同类型的典型LED器件,通过实际电路说明量子点LED在可见光通信领域的广泛应用前景。主要工作有以下五个部分:1.研究胶体量子点的电子结构和荧光辐射机理。利用有效质量近似理论,构建了胶体量子点中的激子模型,并给出激子系统的哈密顿量。对球形胶体量子点结构,在无限深和有限深势阱模型条件下,推导得出激子的能级结构,并进一步推导出电子和空穴库伦作用能量,形成胶体量子点的电子结构。以CdSe和PbSe、CuInS2和CuInSe2胶体量子点为例,计算出禁带宽度和电子结构。分析总结了胶体量子点荧光辐射特性以及非辐射能量转移的机制。2.研制出基于CdSe/CdS/ZnS核/壳/壳量子点荧光粉的白光LED。通过热注射方法合成出有机相CdSe/CdS/ZnS核/壳/壳量子点,发光峰分别是615nm红光和545nm绿光。在真空环境下,利用超声波处理技术,混合OE6630型AB硅树脂胶并形成红色和绿色荧光粉,涂敷在蓝色GaN芯片上,形成复合白光LED。研究了不同组分特性,适当增加红色和绿色量子点荧光粉,白光LED从冷白色(色坐标(0.283,0.289),色温9630K)变化至暖色偏黄(色坐标(0.367,0.367),色温4320K);研究了不同LED供电电压对其色坐标和色温影响,当工作电压从2.8V提高到3.2V时,其色坐标从(0.341,0.384)变化至(0.285,0.285),色温从5210K升高至9620K;研究了LED器件工作电压在2.8V的稳定性。说明CdSe/CdS/ZnS核/壳/壳量子点作为白光LED光转换荧光粉是可行的。3.研制出基于ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/壳/壳量子点荧光粉的白光LED。通过高温注射法合成无毒的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/壳/壳量子点,直径分别为2.3nm、2.7nm和3.2nm,发光峰分别为(绿色)545nm、(黄色)583nm和(红色)611nm。通过吸收和光致发光光谱表征发现有约400meV斯托克斯位移,分析原因可能是量子点复合机制与缺陷能级有关,并通过温度特性实验加以证明。混合黄色发光的ZnCuInS/ZnSe/ZnS核/壳/壳量子点和EP-3400胶,形成了黄色荧光粉,旋涂在蓝色452nmGaNLED芯片的表面,通过蓝黄色互补形成白光LED,研究了工作电压在2.5至3.2V变化时,该白光LED发光光谱特性和热效应。4.研制出液态ZnCuInS/ZnS量子点补偿结构白光LED。通过Klimov方法合成液态ZnCuInS/ZnS量子点,发光峰为(黄色)583nm,置于蓝光GaN发光LED顶部,黄色与蓝色混合形成白光。在2.8V激发时,该LED色坐标为(0.3796,0.3284),显色指数77,色温3567K。制备了发光峰为640nm红光的AgInS2量子点,混合在BIDE6321紫外胶中,和YAG荧光粉,依次涂敷在460nmGaN蓝光LED芯片上,形成固态混合结构的LED。同时制备了AgInS2液态形式的白光LED,固态和液态AgInS2量子点LED对比发现,同等条件下液态LED的发光强度提高约40%、发光效率提高大于10%、稳定性提高3倍以上。5.将ZnCuInS量子点白光LED作为可见光无线通信的信号发射端。设计简单发射和接收电路,测试ZnCuInS量子点LED和YAG荧光粉LED带宽特性,测得ZnCuInS量子点LED带宽为4.1MHz,明显优于YAG荧光粉LED,证明了其在可见光无线通信领域的广泛应用前景。